JP4747184B2 - Electric motor - Google Patents

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JP4747184B2 JP2008105058A JP2008105058A JP4747184B2 JP 4747184 B2 JP4747184 B2 JP 4747184B2 JP 2008105058 A JP2008105058 A JP 2008105058A JP 2008105058 A JP2008105058 A JP 2008105058A JP 4747184 B2 JP4747184 B2 JP 4747184B2
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Description

本発明は、複数の可動子または固定子を有し、供給された電力を動力に変換して可動子から出力する電動機に関する。   The present invention relates to an electric motor that has a plurality of movers or stators, converts supplied electric power into power, and outputs the power from the movers.

従来のこの種の電動機として、例えば特許文献1に開示されたものが知られている。この電動機は、いわゆる回転機であり、第1回転軸および第2回転軸にそれぞれ連結された第1ロータおよび第2ロータと、単一のステータを備えている。第1および第2の回転軸は互いに同心状に配置されており、第1ロータ、第2ロータおよびステータは、第1回転軸の径方向に、内側からこの順で並んでいる。   As this type of conventional electric motor, for example, the one disclosed in Patent Document 1 is known. This electric motor is a so-called rotating machine, and includes a first rotor and a second rotor connected to a first rotating shaft and a second rotating shaft, respectively, and a single stator. The first and second rotating shafts are arranged concentrically with each other, and the first rotor, the second rotor, and the stator are arranged in this order from the inside in the radial direction of the first rotating shaft.

第1ロータは、各々が周方向に並んだ複数の第1永久磁石および第2永久磁石を有しており、第1および第2の永久磁石は、第1ロータの軸線方向に互いに並列に並んでいる。ステータは、電力の供給により、周方向に回転する第1回転磁界および第2回転磁界を発生させるように構成されており、この第1回転磁界は、第1ロータの第1永久磁石側の部分との間に発生し、この第2回転磁界は、第1ロータの第2永久磁石側の部分との間に発生する。第2ロータは、各々が周方向に並んだ複数の第1コアおよび第2コアを有している。これらの第1および第2のコアは、軟磁性体で構成されており、第1コアは、第1ロータの第1永久磁石側の部分とステータの間に配置され、第2コアは、第1ロータの第2永久磁石側の部分とステータの間に配置されている。第1および第2の永久磁石の磁極、第1および第2の回転磁界の磁極、ならびに、第1および第2のコアの数は、互いに同じに設定されている。   The first rotor has a plurality of first permanent magnets and second permanent magnets, each of which is aligned in the circumferential direction, and the first and second permanent magnets are aligned in parallel with each other in the axial direction of the first rotor. It is out. The stator is configured to generate a first rotating magnetic field and a second rotating magnetic field that rotate in the circumferential direction by the supply of electric power, and the first rotating magnetic field is a portion of the first rotor on the first permanent magnet side. The second rotating magnetic field is generated between the first rotor and the second permanent magnet side portion of the first rotor. The second rotor has a plurality of first cores and second cores that are arranged in the circumferential direction. The first and second cores are made of a soft magnetic material, the first core is disposed between the first permanent magnet side portion of the first rotor and the stator, and the second core is The first rotor is disposed between the second permanent magnet side portion and the stator. The magnetic poles of the first and second permanent magnets, the magnetic poles of the first and second rotating magnetic fields, and the numbers of the first and second cores are set to be the same.

以上の構成の電動機では、ステータへの電力供給による第1および第2の回転磁界の発生に伴い、第1および第2の回転磁界の磁極と第1および第2の永久磁石の磁極により、第1および第2のコアが磁化されることによって、これらの要素の間に磁力線が発生する。また、この磁力線の磁力による作用により、第1および第2のロータが駆動され、ひいては、第1および第2の回転軸から動力が出力される。   In the electric motor having the above-described configuration, the first and second rotating magnetic fields and the first and second permanent magnets generate the first and second rotating magnetic fields as the first and second rotating magnetic fields are generated by supplying power to the stator. When the first and second cores are magnetized, magnetic field lines are generated between these elements. In addition, the first and second rotors are driven by the action of the magnetic force of the magnetic field lines, and as a result, power is output from the first and second rotating shafts.

上述した従来の電動機では、その構成上、ステータに供給した電力を動力に変換して第1回転軸や第2回転軸から出力すべく、上記の磁力線による磁力を適切に作用させるためには、複数の第1コアから成る第1軟磁性体列だけでなく、複数の第2コアから成る第2軟磁性体列が必要不可欠であり、電動機の大型化や製造コストの増大を招くことは避けられない。また、電動機は、その構成上、第1および第2の回転磁界の回転数と第2ロータの回転数との差と、第2ロータの回転数と第1ロータの回転数との差が同じになるような速度関係でしか成立しないため、その設計の自由度が低い。   In the above-described conventional electric motor, in order to appropriately apply the magnetic force due to the magnetic field lines in order to convert the electric power supplied to the stator into motive power and output it from the first rotating shaft and the second rotating shaft, In addition to the first soft magnetic body row made up of a plurality of first cores, the second soft magnetic body row made up of a plurality of second cores is indispensable, avoiding an increase in the size of the motor and an increase in manufacturing costs. I can't. In addition, because of the configuration of the electric motor, the difference between the rotation speed of the first and second rotating magnetic fields and the rotation speed of the second rotor is the same as the difference between the rotation speed of the second rotor and the rotation speed of the first rotor. Therefore, the degree of freedom of design is low.

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、小型化および製造コストの削減を図ることができるとともに、設計の自由度を高めることができる電動機を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide an electric motor that can reduce the size and the manufacturing cost and can increase the degree of design freedom. And

特開2008−67592号公報JP 2008-67592 A

上記の目的を達成するため、請求項1に係る電動機1、31は、所定方向に並んだ所定の複数の磁極(永久磁石4a、34a)で構成され、隣り合う各2つの磁極が互いに異なる極性を有するように配置された磁極列を有する第1構造体(第1ロータ4,第1回転軸6、第2ステータ34)と、所定方向に並んだ複数の電機子(鉄芯3a,U相〜W相のコイル3c〜3e、鉄芯33a,U相〜W相のコイル33c〜33e)で構成されるとともに、磁極列に対向するように配置され、電力の供給に伴って複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により、所定方向に移動する移動磁界を磁極列との間に発生させる電機子列を有する第2構造体(ステータ3、第1ステータ33)と、互いに間隔を隔てて所定方向に並んだ所定の複数の軟磁性体(コア5a、コア35b)で構成され、磁極列と電機子列の間に位置するように配置された軟磁性体列を有する第3構造体(第2ロータ5,第2回転軸7、可動子35)と、を備え、所定方向に沿う所定の区間における電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比が、1:m:(1+m)/2(m≠1.0)に設定されていることを特徴とする。   In order to achieve the above object, the electric motors 1 and 31 according to claim 1 are configured by a plurality of predetermined magnetic poles (permanent magnets 4a and 34a) arranged in a predetermined direction, and two adjacent magnetic poles have different polarities. And a plurality of armatures (iron core 3a, U-phase) arranged in a predetermined direction, and a first structure (first rotor 4, first rotating shaft 6, second stator 34) having a magnetic pole array arranged to have To W-phase coils 3c to 3e, iron core 33a, U-phase to W-phase coils 33c to 33e), and arranged so as to face the magnetic pole row. And a second structure (stator 3, first stator 33) having an armature array that generates a moving magnetic field that moves in a predetermined direction between the plurality of predetermined armature magnetic poles A plurality of predetermined soft lines arranged in a predetermined direction across The third structure (second rotor 5, second rotating shaft 7) having a soft magnetic body row, which is composed of a sex body (core 5 a, core 35 b) and is disposed so as to be positioned between the magnetic pole row and the armature row. , And a ratio of the number of armature magnetic poles and the number of magnetic poles to the number of soft magnetic bodies in a predetermined section along a predetermined direction is 1: m: (1 + m) / 2 (m ≠ 1.0).

この電動機によれば、互いに対向する第1構造体の磁極列と第2構造体の電機子列の間に位置するように、第3構造体の軟磁性体列が配置されており、これらの磁極列、電機子列および軟磁性体列をそれぞれ構成する複数の磁極、電機子および軟磁性体は、所定方向に並んでいる。また、電機子列への電力の供給に伴い、複数の電機子磁極が発生し、これらの電機子磁極による移動磁界が、磁極列との間に発生するとともに、所定方向に移動する。さらに、隣り合う各2つの磁極が互いに異なる極性を有しており、隣り合う各2つの軟磁性体間には、間隔が空いている。上記のように、磁極列と電機子列の間において、複数の電機子磁極による移動磁界が発生するとともに軟磁性体列が配置されていることから、軟磁性体は、電機子磁極と磁極によって磁化される。このことと、上記のように隣り合う各2つの軟磁性体間に間隔が空いていることによって、磁極と軟磁性体と電機子磁極を結ぶような磁力線が発生する。また、この磁力線による磁力の作用により、電機子に供給された電力が動力に変換され、第1構造体や、第2構造体、第3構造体から出力される。   According to this electric motor, the soft magnetic material rows of the third structure are arranged so as to be positioned between the magnetic pole rows of the first structure and the armature rows of the second structure facing each other. A plurality of magnetic poles, armatures, and soft magnetic bodies that respectively constitute the magnetic pole array, the armature array, and the soft magnetic body array are arranged in a predetermined direction. A plurality of armature magnetic poles are generated with the supply of power to the armature array, and a moving magnetic field generated by these armature magnetic poles is generated between the armature magnetic pole array and moves in a predetermined direction. Furthermore, each two adjacent magnetic poles have different polarities, and there is a gap between each two adjacent soft magnetic bodies. As described above, since the moving magnetic field is generated by the plurality of armature magnetic poles and the soft magnetic body row is arranged between the magnetic pole row and the armature row, the soft magnetic body is separated by the armature magnetic pole and the magnetic pole. Magnetized. Due to this and the gap between each two adjacent soft magnetic bodies as described above, magnetic lines of force connecting the magnetic pole, the soft magnetic body, and the armature magnetic pole are generated. Moreover, the electric power supplied to the armature is converted into power by the action of the magnetic force generated by the magnetic lines of force, and is output from the first structure, the second structure, and the third structure.

この場合、例えば、本発明の電動機を次の条件(a)および(b)の下に構成したときには、移動磁界、第1および第3の構造体の間の速度の関係と、第1〜第3の構造体の間のトルクの関係は、次のように表される。また、電動機に相当する等価回路は、図19のように示される。
(a)電動機が回転機であり、電機子がU相、V相およびW相の3相コイルを有する
(b)電機子磁極が2個、磁極が4個、すなわち、電機子磁極のN極およびS極を1組とする極対数が値1、磁極のN極およびS極を1組とする極対数が値2であり、軟磁性体が3個である
なお、このように、本明細書で用いる「極対」は、N極およびS極の1組をいう。
In this case, for example, when the electric motor of the present invention is configured under the following conditions (a) and (b), the relationship between the moving magnetic field and the speed between the first and third structures and the first to first The torque relationship between the three structures is expressed as follows. An equivalent circuit corresponding to the electric motor is shown as in FIG.
(A) The motor is a rotating machine, and the armature has a U-phase, V-phase, and W-phase three-phase coil. (B) Two armature magnetic poles and four magnetic poles, that is, N poles of the armature magnetic pole And the number of pole pairs with one set of S poles is 1, the number of pole pairs with N poles and S poles of a magnetic pole as one set is 2, and there are three soft magnetic bodies. “Pole pair” used in writing refers to a set of N and S poles.

この場合、軟磁性体のうちの第1軟磁性体を通過する磁極の磁束Ψk1は、次式(1)で表される。

Figure 0004747184
ここで、ψfは磁極の磁束の最大値、θ1およびθ2は、U相コイルに対する磁極の回転角度位置および軟磁性体の回転角度位置である。また、この場合、電機子磁極の極対数に対する磁極の極対数の比が値2.0であるため、磁極の磁束が移動磁界に対して2倍の周期で回転(変化)するので、上記の式(1)では、そのことを表すために、(θ2−θ1)に値2.0が乗算されている。 In this case, the magnetic flux Ψk1 of the magnetic pole passing through the first soft magnetic body among the soft magnetic bodies is expressed by the following formula (1).
Figure 0004747184
Here, ψf is the maximum value of the magnetic flux of the magnetic pole, and θ1 and θ2 are the rotation angle position of the magnetic pole and the rotation angle position of the soft magnetic material with respect to the U-phase coil. In this case, since the ratio of the number of pole pairs of the magnetic poles to the number of pole pairs of the armature poles is 2.0, the magnetic flux of the poles rotates (changes) with a period twice that of the moving magnetic field. In equation (1), to express this, (θ2−θ1) is multiplied by the value 2.0.

したがって、第1軟磁性体を介してU相コイルを通過する磁極の磁束Ψu1は、式(1)にcosθ2を乗算することで得られた次式(2)で表される。

Figure 0004747184
Therefore, the magnetic flux Ψu1 of the magnetic pole passing through the U-phase coil via the first soft magnetic body is expressed by the following equation (2) obtained by multiplying equation (1) by cos θ2.
Figure 0004747184

同様に、軟磁性体のうちの第2軟磁性体を通過する磁極の磁束Ψk2は、次式(3)で表される。

Figure 0004747184
電機子に対する第2軟磁性体の回転角度位置が、第1軟磁性体に対して2π/3だけ進んでいるため、上記の式(3)では、そのことを表すために、θ2に2π/3が加算されている。 Similarly, the magnetic flux Ψk2 of the magnetic pole passing through the second soft magnetic body of the soft magnetic bodies is expressed by the following formula (3).
Figure 0004747184
Since the rotational angle position of the second soft magnetic body with respect to the armature is advanced by 2π / 3 with respect to the first soft magnetic body, in the above equation (3), in order to express that, 2π / 3 is added.

したがって、第2軟磁性体を介してU相コイルを通過する磁極の磁束Ψu2は、式(3)にcos(θ2+2π/3)を乗算することで得られた次式(4)で表される。

Figure 0004747184
Therefore, the magnetic flux Ψu2 of the magnetic pole passing through the U-phase coil via the second soft magnetic body is expressed by the following equation (4) obtained by multiplying equation (3) by cos (θ2 + 2π / 3). .
Figure 0004747184

同様に、軟磁性体のうちの第3軟磁性体を介してU相コイルを通過する磁極の磁束Ψu3は、次式(5)で表される。

Figure 0004747184
Similarly, the magnetic flux Ψu3 of the magnetic pole passing through the U-phase coil via the third soft magnetic body of the soft magnetic bodies is expressed by the following equation (5).
Figure 0004747184

図19に示すような電動機では、軟磁性体を介してU相コイルを通過する磁極の磁束Ψuは、上記の式(2)、(4)および(5)で表される磁束Ψu1〜Ψu3を足し合わせたものになるので、次式(6)で表される。

Figure 0004747184
In the electric motor as shown in FIG. 19, the magnetic flux Ψu of the magnetic poles passing through the U-phase coil via the soft magnetic material is the magnetic flux Ψu1 to Ψu3 expressed by the above equations (2), (4), and (5). Since it becomes what was added, it is represented by following Formula (6).
Figure 0004747184

また、この式(6)を一般化すると、軟磁性体を介してU相コイルを通過する磁極の磁束Ψuは、次式(7)で表される。

Figure 0004747184
ここで、a、bおよびcはそれぞれ、磁極の極対数、軟磁性体の数および電機子磁極の極対数である。
また、この式(7)を、三角関数の和と積の公式に基づいて変形すると、次式(8)が得られる。
Figure 0004747184
Further, by generalizing this equation (6), the magnetic flux Ψu of the magnetic pole passing through the U-phase coil via the soft magnetic material is expressed by the following equation (7).
Figure 0004747184
Here, a, b, and c are the number of pole pairs of the magnetic poles, the number of soft magnetic bodies, and the number of pole pairs of the armature magnetic poles, respectively.
Further, when this equation (7) is transformed based on the formula of the sum and product of trigonometric functions, the following equation (8) is obtained.
Figure 0004747184

この式(8)において、b=a+cとするとともに、cos(θ+2π)=cosθに基づいて整理すると、次式(9)が得られる。

Figure 0004747184
この式(9)を三角関数の加法定理に基づいて整理すると、次式(10)が得られる。
Figure 0004747184
In this equation (8), when b = a + c and rearranging based on cos (θ + 2π) = cos θ, the following equation (9) is obtained.
Figure 0004747184
When this equation (9) is arranged based on the addition theorem of trigonometric functions, the following equation (10) is obtained.
Figure 0004747184

この式(10)の右辺の第2項は、a−c≠0を条件として、級数の総和やオイラーの公式に基づいて整理すると、次式(11)に示すように値0になる。

Figure 0004747184
When the second term on the right side of the equation (10) is arranged based on the sum of the series and Euler's formula on condition that a−c ≠ 0, the value becomes 0 as shown in the following equation (11).
Figure 0004747184

また、上記の式(10)の右辺の第3項も、a−c≠0を条件として、級数の総和やオイラーの公式に基づいて整理すると、次式(12)に示すように値0になる。

Figure 0004747184
Also, the third term on the right side of the above equation (10) can be reduced to a value of 0 as shown in the following equation (12) when arranged based on the sum of the series and Euler's formula on condition that a−c ≠ 0. Become.
Figure 0004747184

以上により、a−c≠0のときには、軟磁性体を介してU相コイルを通過する磁極の磁束Ψuは、次式(13)で表される。

Figure 0004747184
また、この式(13)において、a/c=αとすると、次式(14)が得られる。
Figure 0004747184
As described above, when a−c ≠ 0, the magnetic flux Ψu of the magnetic pole passing through the U-phase coil via the soft magnetic material is expressed by the following equation (13).
Figure 0004747184
Further, in this equation (13), when a / c = α, the following equation (14) is obtained.
Figure 0004747184

さらに、この式(14)において、c・θ2=θe2とするとともに、c・θ1=θe1とすると、次式(15)が得られる。

Figure 0004747184
ここで、θe2は、U相コイルに対する軟磁性体の回転角度位置θ2に電機子磁極の極対数cを乗算していることから明らかなように、U相コイルに対する軟磁性体の電気角度位置を表す。また、θe1は、U相コイルに対する磁極の回転角度位置θ1に電機子磁極の極対数cを乗算していることから明らかなように、U相コイルに対する磁極の電気角度位置を表す。 Further, in this equation (14), when c · θ2 = θe2 and c · θ1 = θe1, the following equation (15) is obtained.
Figure 0004747184
Here, θe2 represents the electrical angular position of the soft magnetic material with respect to the U-phase coil, as is apparent from multiplying the rotation angle position θ2 of the soft magnetic material with respect to the U-phase coil by the pole pair number c of the armature magnetic pole. To express. Further, θe1 represents the electrical angle position of the magnetic pole with respect to the U-phase coil, as is apparent from the fact that the rotation angle position θ1 of the magnetic pole with respect to the U-phase coil is multiplied by the pole pair number c of the armature magnetic pole.

同様に、軟磁性体を介してV相コイルを通過する磁極の磁束Ψvは、V相コイルの電気角度位置がU相コイルに対して電気角2π/3だけ進んでいることから、次式(16)で表される。また、軟磁性体を介してW相コイルを通過する磁極の磁束Ψwは、W相コイルの電気角度位置がU相コイルに対して電気角2π/3だけ遅れていることから、次式(17)で表される。

Figure 0004747184
Figure 0004747184
Similarly, the magnetic flux Ψv of the magnetic pole passing through the V-phase coil through the soft magnetic material is advanced by the electrical angle 2π / 3 with respect to the U-phase coil by the electrical angle position of the V-phase coil. 16). Further, the magnetic flux Ψw of the magnetic pole passing through the W-phase coil via the soft magnetic material is delayed by an electrical angle of 2π / 3 with respect to the U-phase coil from the electrical angle position of the W-phase coil. ).
Figure 0004747184
Figure 0004747184

また、上記の式(15)〜(17)でそれぞれ表される磁束Ψu〜Ψwを時間微分すると、次式(18)〜(20)がそれぞれ得られる。

Figure 0004747184
Figure 0004747184
Figure 0004747184
ここで、ωe1は、θe1の時間微分値、すなわち、第2構造体に対する第1構造体の角速度を電気角速度に換算した値であり、ωe2は、θe2の時間微分値、すなわち、第2構造体に対する第3構造体の角速度を電気角速度に換算した値である。 Further, when the magnetic fluxes Ψu to Ψw represented by the above expressions (15) to (17) are differentiated with respect to time, the following expressions (18) to (20) are obtained, respectively.
Figure 0004747184
Figure 0004747184
Figure 0004747184
Here, ωe1 is a time differential value of θe1, that is, a value obtained by converting an angular velocity of the first structure relative to the second structure into an electrical angular velocity, and ωe2 is a time differential value of θe2, that is, the second structure. Is a value obtained by converting the angular velocity of the third structure to the electrical angular velocity.

さらに、軟磁性体を介さずにU相〜W相のコイルを直接、通過する磁束は、極めて小さく、その影響は無視できる。このため、軟磁性体を介してU相〜W相のコイルをそれぞれ通過する磁極の磁束Ψu〜Ψw(式(18)〜(20))の時間微分値dΨu/dt〜dΨw/dtは、電機子列に対して磁極や軟磁性体が回転(移動)するのに伴ってU相〜W相のコイルに発生する逆起電圧(誘導起電圧)をそれぞれ表す。   Furthermore, the magnetic flux directly passing through the U-phase to W-phase coils without using a soft magnetic material is extremely small, and its influence can be ignored. Therefore, the time differential values dΨu / dt to dΨw / dt of the magnetic fluxes Ψu to Ψw (formulas (18) to (20)) of the magnetic poles passing through the U-phase to W-phase coils via the soft magnetic material are Respective counter electromotive voltages (inductive electromotive voltages) generated in the U-phase to W-phase coils as the magnetic poles and the soft magnetic material rotate (move) with respect to the child row are shown.

このことから、U相、V相およびW相のコイルをそれぞれ流れる電流Iu、IvおよびIwは、次式(21)、(22)および(23)で表される。

Figure 0004747184
Figure 0004747184
Figure 0004747184
ここで、Iは、U相〜W相のコイルを流れる電流の振幅(最大値)である。 From this, the currents Iu, Iv, and Iw flowing through the U-phase, V-phase, and W-phase coils are expressed by the following equations (21), (22), and (23), respectively.
Figure 0004747184
Figure 0004747184
Figure 0004747184
Here, I is the amplitude (maximum value) of the current flowing through the U-phase to W-phase coils.

また、これらの式(21)〜(23)より、U相コイルに対する移動磁界(回転磁界)のベクトルの電気角度位置θmfは、次式(24)で表されるとともに、U相コイルに対する移動磁界の電気角速度ωmfは、次式(25)で表される。

Figure 0004747184
Figure 0004747184
From these equations (21) to (23), the electric angle position θmf of the vector of the moving magnetic field (rotating magnetic field) with respect to the U-phase coil is expressed by the following equation (24), and the moving magnetic field with respect to the U-phase coil: The electrical angular velocity ωmf is expressed by the following equation (25).
Figure 0004747184
Figure 0004747184

また、電機子列が第2構造体とともに移動不能に構成されている場合において、U相〜W相のコイルに電流Iu〜Iwがそれぞれ流れることで第1および第3の構造体に出力される機械的出力(動力)Wは、リラクタンス分を除くと、次式(26)で表される。

Figure 0004747184
この式(26)に式(18)〜(23)を代入し、整理すると、次式(27)が得られる。
Figure 0004747184
Further, when the armature train is configured to be immovable together with the second structure, currents Iu to Iw flow through the U-phase to W-phase coils, respectively, and are output to the first and third structures. The mechanical output (power) W is expressed by the following equation (26) excluding the reluctance component.
Figure 0004747184
By substituting and rearranging the equations (18) to (23) for this equation (26), the following equation (27) is obtained.
Figure 0004747184

さらに、この機械的出力Wと、磁極を介して第1構造体に伝達されるトルク(以下「第1トルク」という)T1と、軟磁性体を介して第3構造体に伝達されるトルク(以下「第2トルク」という)T2と、第1構造体の電気角速度ωe1および第3構造体の電気角速度ωe2との関係は、次式(28)で表される。

Figure 0004747184
これらの式(27)および(28)から明らかなように、第1および第2のトルクT1,T2は、次式(29)および(30)でそれぞれ表される。
Figure 0004747184
Figure 0004747184
Furthermore, this mechanical output W, torque (hereinafter referred to as “first torque”) T1 transmitted to the first structure via the magnetic pole, and torque (hereinafter referred to as “first torque”) transmitted to the third structure via the soft magnetic material ( The relationship between T2 (hereinafter referred to as “second torque”), the electrical angular velocity ωe1 of the first structure, and the electrical angular velocity ωe2 of the third structure is expressed by the following equation (28).
Figure 0004747184
As is clear from these equations (27) and (28), the first and second torques T1 and T2 are expressed by the following equations (29) and (30), respectively.
Figure 0004747184
Figure 0004747184

また、電機子列に供給された電力および移動磁界の電気角速度ωmfと等価のトルクを駆動用等価トルクTeとすると、電機子列に供給された電力と機械的出力Wが互いに等しい(ただし、損失は無視)ことと、式(28)から、この駆動用等価トルクTeは、次式(31)で表される。

Figure 0004747184
さらに、これらの式(29)〜(31)より、次式(32)が得られる。
Figure 0004747184
この式(32)で表されるトルクの関係、および前記式(25)で表される電気角速度の関係は、遊星歯車装置のサンギヤ、リングギヤおよびキャリアにおける回転速度およびトルクの関係とまったく同じである。また、このような電気角速度の関係およびトルクの関係は、上述した第2構造体を移動不能にした場合だけに限らず、あらゆる第1〜第3の構造体の移動の可否の条件において成立する。例えば、第2構造体を移動不能に構成せずに、第2構造体に動力を入力した状態で電力を供給した場合にも成立し、第2構造体に加え、第1または第3の構造体を移動不能に構成した場合や、第1または第3の構造体に動力を入力した状態で電機子列に電力を供給した場合にも成立する。また、第2構造体を移動可能に構成するとともに、第1および/または第3の構造体を移動不能に構成した場合や、第1および/または第3の構造体に動力を入力した状態で電力を供給した場合にも成立する。 Further, assuming that the electric power supplied to the armature train and the torque equivalent to the electric angular velocity ωmf of the moving magnetic field are the driving equivalent torque Te, the power supplied to the armature train and the mechanical output W are equal to each other (however, the loss And the equivalent driving torque Te is expressed by the following equation (31).
Figure 0004747184
Furthermore, from these formulas (29) to (31), the following formula (32) is obtained.
Figure 0004747184
The relationship between the torque expressed by the equation (32) and the relationship between the electrical angular velocities expressed by the equation (25) are exactly the same as the relationship between the rotational speed and torque in the sun gear, ring gear, and carrier of the planetary gear device. . Moreover, the relationship between the electrical angular velocity and the torque is not limited to the case where the second structure described above is made immovable, but is established under any conditions regarding whether the first to third structures can be moved. . For example, it is also established when electric power is supplied in a state where power is input to the second structure without configuring the second structure to be immovable. In addition to the second structure, the first or third structure This is also true when the body is configured to be immovable or when power is supplied to the armature train in a state where power is input to the first or third structure. In addition, the second structure is configured to be movable, and the first and / or third structure is configured to be immovable, or power is input to the first and / or third structure. This is also true when power is supplied.

さらに、前述したように、b=a+cおよびa−c≠0を条件として、式(25)の電気角速度の関係および式(32)のトルクの関係が成立する。この条件b=a+cは、磁極の数をp、電機子磁極の数をqとすると、b=(p+q)/2、すなわち、b/q=(1+p/q)/2で表される。ここで、p/q=mとすると、b/q=(1+m)/2が得られることから明らかなように、上記のb=a+cという条件が成立していることは、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比が、1:m:(1+m)/2であることを表す。また、上記のa−c≠0という条件が成立していることは、m≠1.0であることを表す。本発明の電動機によれば、所定方向における所定の区間において、電機子磁極の数と磁極の数と軟磁性体の数との比が、1:m:(1+m)/2(m≠1.0)に設定されているので、式(25)に示す電気角速度の関係および式(32)に示すトルクの関係が成立し、電動機が適正に作動することが分かる。   Further, as described above, the relationship between the electrical angular velocities in Expression (25) and the torque in Expression (32) are established on condition that b = a + c and a−c ≠ 0. This condition b = a + c is expressed as b = (p + q) / 2, that is, b / q = (1 + p / q) / 2, where p is the number of magnetic poles and q is the number of armature magnetic poles. Here, assuming that p / q = m, b / q = (1 + m) / 2 is obtained. As is apparent from the fact that the condition of b = a + c is satisfied, the number of armature magnetic poles The ratio between the number of magnetic poles and the number of soft magnetic materials is 1: m: (1 + m) / 2. In addition, the fact that the condition of a−c ≠ 0 is satisfied indicates that m ≠ 1.0. According to the electric motor of the present invention, in a predetermined section in a predetermined direction, the ratio of the number of armature magnetic poles, the number of magnetic poles, and the number of soft magnetic bodies is 1: m: (1 + m) / 2 (m ≠ 1. 0), the relationship between the electrical angular velocities shown in the equation (25) and the torque relationship shown in the equation (32) are established, and it can be seen that the electric motor operates properly.

また、前述した従来の場合と異なり、単一の軟磁性体列だけで電動機を作動させることができるので、電動機の小型化および製造コストの削減を図ることができる。さらに、式(25)および(32)から明らかなように、α=a/c、すなわち、電機子磁極の極対数に対する磁極の極対数の比を設定することによって、移動磁界、第2および第3の構造体の間の電気角速度の関係と、第1〜第3の構造体の間のトルクの関係を自由に設定でき、したがって、電動機の設計の自由度を高めることができる。この効果は、複数の電機子のコイルの相数が前述した値3以外の場合にも同様に得られ、また、電動機が回転機ではなく、リニアモータの場合にも同様に得られる。なお、リニアモータの場合、「トルク」ではなく、「推力」の関係を自由に設定できることはもちろんである。   In addition, unlike the conventional case described above, the electric motor can be operated with only a single soft magnetic material row, so that the electric motor can be reduced in size and the manufacturing cost can be reduced. Further, as is clear from equations (25) and (32), α = a / c, that is, by setting the ratio of the number of pole pairs of the magnetic poles to the number of pole pairs of the armature magnetic poles, The relationship between the electrical angular velocities between the three structures and the relationship between the torques between the first to third structures can be set freely, and thus the degree of freedom in designing the motor can be increased. This effect is similarly obtained when the number of phases of the coils of the plurality of armatures is other than the above-described value 3, and is also obtained when the electric motor is not a rotating machine but a linear motor. In the case of a linear motor, it is a matter of course that the relationship of “thrust” rather than “torque” can be set freely.

請求項2に係る発明は、請求項1に記載の電動機1、31において、第1〜第3の構造体の相対的な位置関係を検出する相対位置関係検出手段(第1回転位置センサ21,第2回転位置センサ22,電気角変換器16b、位置センサ41)と、検出された第1〜第3の構造体の相対的な位置関係に基づいて、移動磁界を制御する制御手段(ECU16)と、をさらに備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the electric motors 1 and 31 according to the first aspect of the present invention, relative positional relationship detection means (first rotational position sensor 21, and the like) detects the relative positional relationship of the first to third structures. Control means (ECU 16) for controlling the moving magnetic field based on the relative positional relationship between the second rotational position sensor 22, the electrical angle converter 16b, and the position sensor 41) and the detected first to third structures. And further comprising.

この構成によれば、相対位置関係検出手段によって、第1〜第3の構造体の3者の相対的な位置関係が検出されるとともに、検出された第1〜第3の構造体の3者の相対的な位置関係に基づき、移動磁界が制御手段によって制御される。これにより、磁極と軟磁性体と電機子磁極の間に磁力線を適切に発生させ、この磁力線による磁力を適切に作用させることができるので、電動機の適正な動作を確保することができる。   According to this configuration, the relative positional relationship detecting means detects the relative positional relationship of the three members of the first to third structures, and the detected three members of the first to third structures. Based on the relative positional relationship, the moving magnetic field is controlled by the control means. Thereby, since a magnetic force line can be appropriately generated between the magnetic pole, the soft magnetic material, and the armature magnetic pole, and the magnetic force by this magnetic force line can be appropriately applied, an appropriate operation of the electric motor can be ensured.

請求項3に係る発明は、請求項2に記載の電動機1、31において、相対位置関係検出手段(第1回転位置センサ21,第2回転位置センサ22,電気角変換器16b)は、第1〜第3の構造体の相対的な位置関係として、第2構造体に対する第1構造体および第3構造体の電気角度位置をそれぞれ検出し、制御手段は、検出された第3構造体の電気角度位置(第2ロータ電気角θER2)に(1+m)を乗算した値と、検出された第1構造体の電気角度位置(第1ロータ電気角θER1)にmを乗算した値との差に基づいて、移動磁界を制御することを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the electric motors 1 and 31 according to the second aspect, the relative positional relationship detecting means (the first rotational position sensor 21, the second rotational position sensor 22, and the electrical angle converter 16b) is the first To detect the electrical angular positions of the first structure and the third structure with respect to the second structure as the relative positional relationship of the third structure, and the control means detects the electrical power of the detected third structure. Based on the difference between the value obtained by multiplying the angular position (second rotor electrical angle θER2) by (1 + m) and the value obtained by multiplying the detected electrical angle position (first rotor electrical angle θER1) of the first structure by m. The moving magnetic field is controlled.

この構成によれば、第2構造体に対する第3構造体の電気角度位置に(1+m)を乗算した値と、第2構造体に対する第1構造体の電気角度位置にmを乗算した値との差に基づいて、移動磁界が制御される。このmは、請求項1から明らかなように、電機子磁極の数に対する磁極の数の比を表す。また、請求項1の作用で述べたように、電動機の作動中、移動磁界の電気角度位置と第2および第3の構造体の電気角度位置の関係は、式(24)で表される。この式(24)におけるαは、電機子磁極の極対数に対する磁極の極対数の比(a/c)、すなわち、電機子磁極の数に対する磁極の数の比を表し、mと等しい。したがって、上述した構成によれば、電動機のより適正な動作を確保することができる。   According to this configuration, the value obtained by multiplying the electrical angle position of the third structure with respect to the second structure by (1 + m) and the value obtained by multiplying the electrical angle position of the first structure with respect to the second structure by m. Based on the difference, the moving magnetic field is controlled. As apparent from claim 1, m represents the ratio of the number of magnetic poles to the number of armature magnetic poles. In addition, as described in the operation of the first aspect, during the operation of the electric motor, the relationship between the electrical angle position of the moving magnetic field and the electrical angle positions of the second and third structures is expressed by Expression (24). In this equation (24), α represents the ratio (a / c) of the number of magnetic pole pairs to the number of pole pairs of the armature magnetic poles, that is, the ratio of the number of magnetic poles to the number of armature magnetic poles, and is equal to m. Therefore, according to the configuration described above, a more appropriate operation of the electric motor can be ensured.

請求項4に係る発明は、請求項1ないし3のいずれかに記載の電動機1、31において、磁極は永久磁石4a,34aの磁極であることを特徴とする。   The invention according to claim 4 is the electric motor 1, 31 according to any one of claims 1 to 3, wherein the magnetic pole is a magnetic pole of the permanent magnets 4a, 34a.

この構成によれば、磁極として永久磁石の磁極を用いるので、電磁石の磁極を用いた場合と異なり、電磁石に電力を供給するための電気回路やコイルが不要になる。これにより、電動機をさらに小型化できるとともに、構成を単純化することができる。また、例えば、磁極を有する第1構造体を回転可能に構成した場合に、磁極として電磁石の磁極を用いたときの電力供給用のスリップリングが不要になり、その分、電動機を小型化できるとともに、効率を高めることができる。   According to this configuration, since the magnetic pole of the permanent magnet is used as the magnetic pole, an electric circuit and a coil for supplying electric power to the electromagnet are not required unlike the case of using the magnetic pole of the electromagnet. As a result, the electric motor can be further reduced in size and the configuration can be simplified. Further, for example, when the first structure having the magnetic poles is configured to be rotatable, a slip ring for supplying power when the magnetic poles of the electromagnet are used as the magnetic poles becomes unnecessary, and accordingly, the motor can be reduced in size. , Can increase efficiency.

請求項5に係る発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の電動機1において、電動機は回転機であることを特徴とする。   The invention according to claim 5 is the electric motor 1 according to any one of the first to fourth aspects, wherein the electric motor is a rotating machine.

この構成によれば、請求項1ないし4のいずれかで述べた効果を、回転機において得ることができる。   According to this configuration, the effect described in any one of claims 1 to 4 can be obtained in the rotating machine.

請求項6に係る発明は、請求項1ないし4のいずれかに記載の電動機31において、電動機はリニアモータであることを特徴とする。   The invention according to claim 6 is the electric motor 31 according to any one of the first to fourth aspects, wherein the electric motor is a linear motor.

この構成によれば、請求項1ないし4のいずれかで述べた効果を、リニアモータにおいて得ることができる。   According to this configuration, the effect described in any one of claims 1 to 4 can be obtained in the linear motor.

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について説明する。図1は、本発明の第1実施形態による電動機1を示している。この電動機1は、回転機として構成されており、その動作が、図2に示すECU16によって制御される。図1に示すように、電動機1は、不動のケース2と、ケース2内に設けられたステータ3と、ケース2内にステータ3に対向するように設けられた第1ロータ4と、両者3,4の間に設けられた第2ロータ5と、第1回転軸6および第2回転軸7を備えている。なお、図1では、第1回転軸6などの一部の要素を、図示の便宜上、スケルトン図的に描いている。また、図1および後述する他の図面では、断面を示す部分のハッチングを省略している。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows an electric motor 1 according to a first embodiment of the present invention. The electric motor 1 is configured as a rotating machine, and its operation is controlled by the ECU 16 shown in FIG. As shown in FIG. 1, the electric motor 1 includes a stationary case 2, a stator 3 provided in the case 2, a first rotor 4 provided in the case 2 so as to face the stator 3, and both 3 , 4, a second rotor 5, a first rotating shaft 6 and a second rotating shaft 7 are provided. In FIG. 1, some elements such as the first rotating shaft 6 are drawn in a skeleton diagram for convenience of illustration. Further, in FIG. 1 and other drawings described later, hatching of a portion showing a cross section is omitted.

ケース2は、円筒状の周壁2aと、この周壁2aの両端部に一体に設けられた円板状の一対の側壁2b,2cを有している。これらの側壁2b,2cの中央には、取付孔2d,2eがそれぞれ形成されており、これらの取付孔2d,2eには、軸受け8および9がそれぞれ取り付けられている。   The case 2 has a cylindrical peripheral wall 2a and a pair of disk-shaped side walls 2b and 2c provided integrally at both ends of the peripheral wall 2a. Mounting holes 2d and 2e are formed in the center of these side walls 2b and 2c, respectively, and bearings 8 and 9 are mounted in these mounting holes 2d and 2e, respectively.

上記の第1および第2の回転軸6,7は、軸受け8,9に回転自在にそれぞれ支持されており、互いに同心状に配置されている。また、第1および第2の回転軸6,7はいずれも、その一部がケース2内に収容され、残りがケース2の外方に突出している。さらに、上記のステータ3、第2ロータ5および第1ロータ4は、第1回転軸6の径方向(以下、単に「径方向」という)に、外側からこの順で並んでおり、同心状に配置されている。   The first and second rotary shafts 6 and 7 are rotatably supported by bearings 8 and 9, respectively, and are arranged concentrically with each other. Further, a part of each of the first and second rotating shafts 6 and 7 is accommodated in the case 2, and the rest protrudes outward of the case 2. Further, the stator 3, the second rotor 5 and the first rotor 4 are arranged in this order from the outside in the radial direction of the first rotating shaft 6 (hereinafter simply referred to as “radial direction”), and are concentrically arranged. Has been placed.

ステータ3は、回転磁界を発生させるものであり、図3に示すように、鉄芯3aと、この鉄芯3aに設けられたU相、V相およびW相のコイル3c,3d,3eを有している。なお、図1では、便宜上、U相コイル3cのみを示している。鉄芯3aは、複数の鋼板を積層した円筒状のものであり、第1回転軸6の軸線方向(以下、単に「軸線方向」という)に延びており、ケース2の周壁2aの内周面に取り付けられている。また、鉄芯3aの内周面には、12個のスロット3bが形成されており、これらのスロット3bは、軸線方向に延びるとともに、第1回転軸6の周方向(以下、単に「周方向」という)に等間隔で並んでいる。上記のU相〜W相のコイル3c〜3eは、スロット3bに分布巻き(波巻き)で巻回されるとともに、可変電源15に接続されている(図2参照)。この可変電源15は、インバータなどからなる電気回路とバッテリを組み合わせたものであり、ECU16に接続されている。   The stator 3 generates a rotating magnetic field. As shown in FIG. 3, the stator 3 includes an iron core 3a and U-phase, V-phase, and W-phase coils 3c, 3d, and 3e provided on the iron core 3a. is doing. In FIG. 1, only the U-phase coil 3c is shown for convenience. The iron core 3 a has a cylindrical shape in which a plurality of steel plates are laminated, extends in the axial direction of the first rotating shaft 6 (hereinafter simply referred to as “axial direction”), and the inner peripheral surface of the peripheral wall 2 a of the case 2. Is attached. In addition, twelve slots 3b are formed on the inner peripheral surface of the iron core 3a, and these slots 3b extend in the axial direction and are connected to the circumferential direction of the first rotating shaft 6 (hereinafter simply referred to as “circumferential direction”). ”) At equal intervals. The U-phase to W-phase coils 3c to 3e are wound around the slot 3b by distributed winding (wave winding) and connected to the variable power source 15 (see FIG. 2). The variable power source 15 is a combination of an electric circuit including an inverter and a battery, and is connected to the ECU 16.

以上の構成のステータ3では、可変電源15から電力が供給されたときに、鉄芯3aの第1ロータ4側の端部に、4個の磁極が周方向に等間隔で発生する(図5参照)とともに、これらの磁極による回転磁界が周方向に回転する。以下、鉄芯3aに発生する磁極を「電機子磁極」という。また、周方向に隣り合う各2つの電機子磁極の極性は、互いに異なっている。なお、図5や後述する他の図面では、電機子磁極を、鉄芯3aやU相〜W相のコイル3c〜3eの上に、(N)および(S)で表記している。   In the stator 3 configured as described above, when power is supplied from the variable power source 15, four magnetic poles are generated at equal intervals in the circumferential direction at the end of the iron core 3a on the first rotor 4 side (FIG. 5). The rotating magnetic field generated by these magnetic poles rotates in the circumferential direction. Hereinafter, the magnetic poles generated in the iron core 3a are referred to as “armature magnetic poles”. The polarities of the two armature magnetic poles adjacent to each other in the circumferential direction are different from each other. In FIG. 5 and other drawings to be described later, the armature magnetic poles are indicated by (N) and (S) on the iron core 3a and the U-phase to W-phase coils 3c to 3e.

図3に示すように、第1ロータ4は、8個の永久磁石4aから成る磁極列を有している。これらの永久磁石4aは、周方向に等間隔で並んでおり、この磁極列は、ステータ3の鉄芯3aに対向している。各永久磁石4aは、軸線方向に延びており、その軸線方向の長さが、ステータ3の鉄芯3aのそれと同じに設定されている。   As shown in FIG. 3, the first rotor 4 has a magnetic pole row composed of eight permanent magnets 4a. These permanent magnets 4 a are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and this magnetic pole row faces the iron core 3 a of the stator 3. Each permanent magnet 4 a extends in the axial direction, and the length in the axial direction is set to be the same as that of the iron core 3 a of the stator 3.

また、永久磁石4aは、リング状の固定部4bの外周面に取り付けられている。この固定部4bは、軟磁性体、例えば鉄または複数の鋼板を積層したもので構成されており、その内周面が、第1回転軸6に一体に同心状に設けられた円板状のフランジ4cの外周面に取り付けられている。これにより、永久磁石4aを含む第1ロータ4は、第1回転軸6と一体に回転自在になっている。さらに、上記のように軟磁性体で構成された固定部4bの外周面に永久磁石4aが取り付けられているので、各永久磁石4aには、ステータ3側の端部に、(N)または(S)の1つの磁極が現れる。なお、図3や後述する他の図面では、永久磁石4aの磁極を(N)および(S)で表記している。また、周方向に隣り合う各2つの永久磁石4aの極性は、互いに異なっている。   Moreover, the permanent magnet 4a is attached to the outer peripheral surface of the ring-shaped fixing | fixed part 4b. The fixed portion 4b is made of a soft magnetic material, for example, iron or a laminate of a plurality of steel plates, and the inner peripheral surface of the fixed portion 4b is a disc-like shape that is concentrically provided integrally with the first rotating shaft 6. It is attached to the outer peripheral surface of the flange 4c. Thereby, the 1st rotor 4 containing the permanent magnet 4a can rotate integrally with the 1st rotating shaft 6. FIG. Furthermore, since the permanent magnet 4a is attached to the outer peripheral surface of the fixed portion 4b made of a soft magnetic material as described above, each permanent magnet 4a has (N) or (N One magnetic pole of S) appears. In FIG. 3 and other drawings to be described later, the magnetic poles of the permanent magnet 4a are represented by (N) and (S). The polarities of the two permanent magnets 4a adjacent to each other in the circumferential direction are different from each other.

第2ロータ5は、6個のコア5aから成る軟磁性体列を有している。これらのコア5aは、周方向に等間隔で並んでおり、この軟磁性体列は、ステータ3の鉄芯3aと第1ロータ4の磁極列との間に、それぞれ所定の間隔を隔てて配置されている。各コア5aは、軟磁性体、例えば複数の鋼板を積層したものであり、軸線方向に延びている。また、コア5aの軸線方向の長さは、永久磁石4aと同様、ステータ3の鉄芯3aのそれと同じに設定されている。さらに、コア5aは、円板状のフランジ5bの外端部に、軸線方向に若干延びる筒状の連結部5cを介して取り付けられている。このフランジ5bは、第2回転軸7に一体に同心状に設けられている。これにより、コア5aを含む第2ロータ5は、第2回転軸7と一体に回転自在になっている。なお、図3では、便宜上、連結部5cおよびフランジ5bを省略している。   The second rotor 5 has a soft magnetic material row composed of six cores 5a. The cores 5a are arranged at equal intervals in the circumferential direction, and the soft magnetic material rows are arranged at predetermined intervals between the iron core 3a of the stator 3 and the magnetic pole rows of the first rotor 4 respectively. Has been. Each core 5a is a soft magnetic material, for example, a laminate of a plurality of steel plates, and extends in the axial direction. Further, the length of the core 5a in the axial direction is set to be the same as that of the iron core 3a of the stator 3 like the permanent magnet 4a. Furthermore, the core 5a is attached to the outer end portion of the disc-shaped flange 5b via a cylindrical connecting portion 5c that extends slightly in the axial direction. The flange 5b is integrally and concentrically provided on the second rotating shaft 7. Thus, the second rotor 5 including the core 5a is rotatable integrally with the second rotating shaft 7. In addition, in FIG. 3, the connection part 5c and the flange 5b are abbreviate | omitted for convenience.

また、図2に示すように、電動機1には、電磁誘導式の第1回転位置センサ21および第2回転位置センサ22が設けられている。この第1回転位置センサ21は、ステータ3の特定のU相コイル3c(以下「基準コイル」という)に対する第1ロータ4の特定の永久磁石4aの回転角度位置(以下「第1ロータ回転角θR1」という)を表す検出信号を、ECU16に出力する。上記の第2回転位置センサ22は、基準コイルに対する第2ロータ5の特定のコア5aの回転角度位置(以下「第2ロータ回転角θR2」という)を表す検出信号を、ECU16に出力する。   As shown in FIG. 2, the electric motor 1 is provided with an electromagnetic induction type first rotational position sensor 21 and a second rotational position sensor 22. The first rotational position sensor 21 is a rotational angle position (hereinafter referred to as “first rotor rotational angle θR1”) of a specific permanent magnet 4a of the first rotor 4 with respect to a specific U-phase coil 3c (hereinafter referred to as “reference coil”) of the stator 3. ) Is output to the ECU 16. The second rotational position sensor 22 outputs to the ECU 16 a detection signal indicating the rotational angular position of the specific core 5a of the second rotor 5 with respect to the reference coil (hereinafter referred to as “second rotor rotational angle θR2”).

さらに、電動機1には、第1電流センサ23および第2電流センサ24が設けられている。これらの第1および第2の電流センサ23,24はそれぞれ、U相およびV相のコイル3c,3dをそれぞれ流れる電流(以下、それぞれ「U相電流Iu」「V相電流Iv」という)を表す検出信号をECU16に出力する。   Further, the electric motor 1 is provided with a first current sensor 23 and a second current sensor 24. These first and second current sensors 23 and 24 respectively represent currents flowing through the U-phase and V-phase coils 3c and 3d (hereinafter referred to as “U-phase current Iu” and “V-phase current Iv”, respectively). A detection signal is output to the ECU 16.

ECU16は、I/Oインターフェース、CPU、RAMおよびROMなどからなるマイクロコンピュータで構成されており、上述した各種のセンサ21〜24からの検出信号に応じて、電動機1の動作を制御する。   The ECU 16 is composed of a microcomputer including an I / O interface, a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and controls the operation of the electric motor 1 according to detection signals from the various sensors 21 to 24 described above.

なお、本実施形態では、永久磁石4aが本発明における磁極に相当するとともに、第1ロータ4および第1回転軸6が、本発明における第1構造体に相当する。また、鉄芯3aおよびU相〜W相のコイル3c〜3eが、本発明における電機子に相当するとともに、ステータ3が、本発明における第2構造体に相当する。さらに、コア5aが本発明における軟磁性体に相当するとともに、第2ロータ5および第2回転軸7が、本発明における第3構造体に相当する。また、ECU16が、本発明における制御手段に相当するとともに、第1および第2の回転位置センサ21,22が、本発明における相対位置関係検出手段に相当する。   In the present embodiment, the permanent magnet 4a corresponds to the magnetic pole in the present invention, and the first rotor 4 and the first rotating shaft 6 correspond to the first structure in the present invention. The iron core 3a and the U-phase to W-phase coils 3c to 3e correspond to the armature in the present invention, and the stator 3 corresponds to the second structure in the present invention. Furthermore, the core 5a corresponds to the soft magnetic body in the present invention, and the second rotor 5 and the second rotating shaft 7 correspond to the third structure in the present invention. The ECU 16 corresponds to the control means in the present invention, and the first and second rotational position sensors 21 and 22 correspond to the relative positional relationship detection means in the present invention.

前述したように、電動機1では、電機子磁極が4個、永久磁石4aの磁極(以下「磁石磁極」という)が8個、コア5aが6個である。すなわち、電機子磁極の数と磁石磁極の数とコア5aの数との比(以下「極数比」という)は、1:2.0:(1+2.0)/2に設定されている。このことと、前述した式(18)〜(20)から明らかなように、ステータ3に対して第1ロータ4や第2ロータ5が回転するのに伴ってU相〜W相のコイル3c〜3eにそれぞれ発生する逆起電圧(以下、それぞれ「U相逆起電圧Vcu」「V相逆起電圧Vcv」「W相逆起電圧Vcw」という)は、次式(33)、(34)および(35)で表される。

Figure 0004747184
Figure 0004747184
Figure 0004747184
As described above, the electric motor 1 has four armature magnetic poles, eight magnetic poles of the permanent magnet 4a (hereinafter referred to as “magnet magnetic pole”), and six cores 5a. That is, the ratio of the number of armature magnetic poles, the number of magnet magnetic poles, and the number of cores 5a (hereinafter referred to as “pole number ratio”) is set to 1: 2.0: (1 + 2.0) / 2. As is clear from this and the equations (18) to (20) described above, as the first rotor 4 and the second rotor 5 rotate with respect to the stator 3, the U-phase to W-phase coils 3c to 3c. The counter electromotive voltages generated in 3e (hereinafter referred to as “U phase counter electromotive voltage Vcu”, “V phase counter electromotive voltage Vcv”, and “W phase counter electromotive voltage Vcw”) are expressed by the following equations (33), (34) and (35)
Figure 0004747184
Figure 0004747184
Figure 0004747184

ここで、Iは、U相〜W相のコイル3c〜3eを流れる電流の振幅(最大値)、ψFは、磁石磁極の磁束の最大値である。θER1は、いわゆる機械角である第1ロータ回転角θR1を電気角度位置に換算した値(以下「第1ロータ電気角」という)であり、具体的には、第1ロータ回転角θR1に電機子磁極の極対数、すなわち値2を乗算した値である。θER2は、機械角である第2ロータ回転角θR2を電気角度位置に換算した値(以下「第2ロータ電気角」という)であり、具体的には、第2ロータ回転角θR2に電機子磁極の極対数(値2)を乗算した値である。また、ωER1は、θER1の時間微分値、すなわち、ステータ3に対する第1ロータ4の角速度を電気角速度に換算した値(以下「第1ロータ電気角速度」という)である。さらに、ωER2は、第2ロータ電気角速度であり、θER2の時間微分値、すなわち、ステータ3に対する第2ロータ5の角速度を電気角速度に換算した値(以下「第2ロータ電気角速度」という)である。   Here, I is the amplitude (maximum value) of the current flowing through the U-phase to W-phase coils 3c to 3e, and ψF is the maximum value of the magnetic flux of the magnet magnetic pole. θER1 is a value obtained by converting the first rotor rotation angle θR1 that is a so-called mechanical angle into an electrical angle position (hereinafter referred to as “first rotor electrical angle”). Specifically, the first rotor rotation angle θR1 is set to an armature. This is a value obtained by multiplying the number of pole pairs of the magnetic poles, that is, the value 2. θER2 is a value obtained by converting the second rotor rotation angle θR2, which is a mechanical angle, into an electrical angle position (hereinafter, referred to as “second rotor electrical angle”). Specifically, the second rotor rotation angle θR2 includes an armature magnetic pole. It is a value obtained by multiplying the number of pole pairs (value 2). Further, ωER1 is a time differential value of θER1, that is, a value obtained by converting the angular velocity of the first rotor 4 with respect to the stator 3 into an electrical angular velocity (hereinafter referred to as “first rotor electrical angular velocity”). Further, ωER2 is the second rotor electrical angular velocity, and is a time differential value of θER2, that is, a value obtained by converting the angular velocity of the second rotor 5 with respect to the stator 3 into an electrical angular velocity (hereinafter referred to as “second rotor electrical angular velocity”). .

また、前述した極数比と前記式(21)〜(23)から明らかなように、U相電流Iu、V相電流Iv、およびW相のコイル3eを流れる電流(以下「W相電流Iw」という)は、次式(36)、(37)および(38)でそれぞれ表される。

Figure 0004747184
Figure 0004747184
Figure 0004747184
Further, as is clear from the above-mentioned pole number ratio and the equations (21) to (23), the U-phase current Iu, the V-phase current Iv, and the current flowing through the W-phase coil 3e (hereinafter referred to as “W-phase current Iw”). Are expressed by the following equations (36), (37), and (38), respectively.
Figure 0004747184
Figure 0004747184
Figure 0004747184

さらに、極数比と前記式(24)および(25)から明らかなように、基準コイルに対するステータ3の回転磁界のベクトルの電気角度位置(以下「磁界電気角度位置θMFR」という)は、次式(39)で表され、ステータ3に対する回転磁界の電気角速度(以下「磁界電気角速度ωMFR」という)は、次式(40)で表される。

Figure 0004747184
Figure 0004747184
Further, as is clear from the pole number ratio and the equations (24) and (25), the electric angle position of the rotating magnetic field vector of the stator 3 with respect to the reference coil (hereinafter referred to as “magnetic field electric angle position θMFR”) is The electrical angular velocity of the rotating magnetic field with respect to the stator 3 (hereinafter referred to as “magnetic field electrical angular velocity ωMFR”) is represented by the following equation (40).
Figure 0004747184
Figure 0004747184

このため、磁界電気角速度ωMFRと第1ロータ電気角速度ωER1と第2ロータ電気角速度ωER2の関係を、いわゆる共線図で表すと、例えば図4のように示される。   For this reason, the relationship among the magnetic field electrical angular velocity ωMFR, the first rotor electrical angular velocity ωER1 and the second rotor electrical angular velocity ωER2 is represented by a so-called collinear diagram, for example, as shown in FIG.

また、ステータ3に供給された電力および磁界電気角速度ωMFRと等価のトルクを駆動用等価トルクTSEとすると、この駆動用等価トルクTSEと、第1ロータ4に伝達されるトルク(以下「第1ロータ伝達トルク」という)TR1と、第2ロータ5に伝達されるトルク(以下「第2ロータ伝達トルク」という)TR2との関係は、極数比と前記式(32)から明らかなように、次式(41)で表される。

Figure 0004747184
Also, assuming that the electric power supplied to the stator 3 and the torque equivalent to the magnetic field electrical angular velocity ωMFR is the driving equivalent torque TSE, the driving equivalent torque TSE and the torque transmitted to the first rotor 4 (hereinafter referred to as “first rotor”). The relationship between the TR1 (referred to as “transmission torque”) and the torque transmitted to the second rotor 5 (hereinafter referred to as “second rotor transmission torque”) TR2 is as follows from the pole number ratio and the above equation (32). It is represented by Formula (41).
Figure 0004747184

上記の式(40)で表される電気角速度の関係、および上記の式(41)で表されるトルクの関係は、サンギヤおよびリングギヤのギヤ比が1:2の遊星歯車装置のサンギヤ、リングギヤおよびキャリアにおける回転速度およびトルクの関係とまったく同じである。   The relationship between the electrical angular velocity represented by the above formula (40) and the torque represented by the above formula (41) are as follows: the sun gear, the ring gear and the sun gear of the planetary gear device in which the gear ratio of the sun gear and the ring gear is 1: 2. The relationship between the rotational speed and torque in the carrier is exactly the same.

ECU16は、上記式(39)に基づき、U相〜W相のコイル3c〜3eへの通電を制御し、それにより、回転磁界を制御する。具体的には、図2に示すように、ECU16は、目標電流算出部16a、電気角変換器16b、電流座標変換器16c、偏差算出部16d、電流制御器16e、および電圧座標変換器16fを有しており、いわゆるベクトル制御によりU相〜W相の電流Iu,Iv,Iwを制御することによって、回転磁界を制御する。なお、本実施形態では、電気角変換器16bが相対位置関係検出手段に相当する。   The ECU 16 controls energization of the U-phase to W-phase coils 3c to 3e based on the above equation (39), thereby controlling the rotating magnetic field. Specifically, as shown in FIG. 2, the ECU 16 includes a target current calculator 16a, an electrical angle converter 16b, a current coordinate converter 16c, a deviation calculator 16d, a current controller 16e, and a voltage coordinate converter 16f. The rotating magnetic field is controlled by controlling U-phase to W-phase currents Iu, Iv, and Iw by so-called vector control. In the present embodiment, the electrical angle converter 16b corresponds to a relative positional relationship detection unit.

上記の目標電流算出部16aは、後述するd軸電流Idおよびq軸電流Iqの目標値(以下、それぞれ「目標d軸電流Id_tar」「目標q軸電流Iq_tar」という)を算出するとともに、算出した目標d軸電流Id_tarおよび目標q軸電流Iq_tarを、偏差算出部16dに出力する。なお、これらの目標d軸電流Id_tarおよび目標q軸電流Iq_tarは、例えば電動機1の負荷などに応じて算出される。   The target current calculation unit 16a calculates and calculates target values of a d-axis current Id and a q-axis current Iq, which will be described later (hereinafter referred to as “target d-axis current Id_tar” and “target q-axis current Iq_tar”, respectively). The target d-axis current Id_tar and the target q-axis current Iq_tar are output to the deviation calculating unit 16d. The target d-axis current Id_tar and the target q-axis current Iq_tar are calculated according to, for example, the load of the electric motor 1.

電気角変換器16bには、第1および第2の回転位置センサ21,22でそれぞれ検出された第1および第2のロータ回転角θR1,θR2が入力される。電気角変換器16bは、入力された第1および第2のロータ回転角θR1,θR2に、電機子磁極の極対数(値2)を乗算することによって、前述した第1および第2のロータ電気角θER1,θER2を算出する。また、算出した第1および第2のロータ電気角θER1,θER2を、電流座標変換器16cおよび電圧座標変換器16fに出力する。   The electrical angle converter 16b receives the first and second rotor rotational angles θR1 and θR2 detected by the first and second rotational position sensors 21 and 22, respectively. The electrical angle converter 16b multiplies the input first and second rotor rotation angles θR1 and θR2 by the number of pole pairs (value 2) of the armature magnetic poles, thereby causing the first and second rotor electrical functions described above. The angles θER1 and θER2 are calculated. The calculated first and second rotor electrical angles θER1, θER2 are output to the current coordinate converter 16c and the voltage coordinate converter 16f.

電流座標変換器16cには、第1および第2のロータ電気角θER1,θER2に加え、第1および第2の電流センサ23,24でそれぞれ検出されたU相およびV相の電流Iu,Ivが入力される。電流座標変換器16cは、入力されたU相およびV相の電流Iu,Ivと第1および第2のロータ電気角θe1,θe2に基づいて、そのときどきの3相交流座標上でのU相〜W相の電流Iu〜Iwを、dq座標上でのd軸電流Idおよびq軸電流Iqに変換する。このdq座標は、(3・θER2−2・θER1)をd軸とし、このd軸に直交する軸をq軸として、(3・ωER2−2・ωER1)で回転するものである。具体的には、d軸電流Idおよびq軸電流Iqは、次式(42)によって算出される。

Figure 0004747184
また、電流座標変換器16cは、算出したd軸電流Idおよびq軸電流Iqを偏差算出部16dに出力する。 In the current coordinate converter 16c, in addition to the first and second rotor electrical angles θER1 and θER2, U-phase and V-phase currents Iu and Iv detected by the first and second current sensors 23 and 24, respectively. Entered. Based on the input U-phase and V-phase currents Iu and Iv and the first and second rotor electrical angles θe1 and θe2, the current coordinate converter 16c The W-phase currents Iu to Iw are converted into a d-axis current Id and a q-axis current Iq on the dq coordinate. The dq coordinates rotate at (3 · ωER2-2 · ωER1) with (3 · θER2-2 · θER1) as the d axis and an axis orthogonal to the d axis as the q axis. Specifically, the d-axis current Id and the q-axis current Iq are calculated by the following equation (42).
Figure 0004747184
Further, the current coordinate converter 16c outputs the calculated d-axis current Id and q-axis current Iq to the deviation calculating unit 16d.

偏差算出部16dは、入力された目標d軸電流Id_tarとd軸電流Idとの偏差(以下「d軸電流偏差dId」という)を算出するとともに、入力された目標q軸電流Iq_tarとq軸電流Iqとの偏差(以下「q軸電流偏差dIq」という)を算出する。また、算出したd軸電流偏差dIdおよびq軸電流偏差dIqを、電流制御器16eに出力する。   The deviation calculating unit 16d calculates a deviation between the input target d-axis current Id_tar and the d-axis current Id (hereinafter referred to as “d-axis current deviation dId”), and the input target q-axis current Iq_tar and q-axis current. A deviation from Iq (hereinafter referred to as “q-axis current deviation dIq”) is calculated. Further, the calculated d-axis current deviation dId and q-axis current deviation dIq are output to the current controller 16e.

電流制御器16eは、入力されたd軸電流偏差dIdおよびq軸電流偏差dIqに基づき、所定のフィードバック制御アルゴリズム、例えばPI制御アルゴリズムによって、d軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqを算出する。これにより、d軸電圧Vdは、d軸電流Idが目標d軸電流Id_tarになるように算出され、q軸電圧Vqは、q軸電流Iqが目標q軸電流Iq_tarになるように算出される。また、算出したd軸およびq軸の電圧Vd,Vqを、電圧座標変換器16fに出力する。   Based on the input d-axis current deviation dId and q-axis current deviation dIq, the current controller 16e calculates the d-axis voltage Vd and the q-axis voltage Vq by a predetermined feedback control algorithm, for example, a PI control algorithm. Thereby, the d-axis voltage Vd is calculated so that the d-axis current Id becomes the target d-axis current Id_tar, and the q-axis voltage Vq is calculated so that the q-axis current Iq becomes the target q-axis current Iq_tar. The calculated d-axis and q-axis voltages Vd and Vq are output to the voltage coordinate converter 16f.

電圧座標変換器16fは、入力されたd軸電圧Vdおよびq軸電圧Vqを、入力された第1および第2のロータ電気角θER1,θER2に基づいて、3相交流座標上でのU相〜W相の電圧Vu,Vv,Vwの指令値(以下、それぞれ「U相電圧指令値Vu_cmd」「V相電圧指令値Vv_cmd」「W相電圧指令値Vw_cmd」という)に変換する。具体的には、U相〜W相の電圧指令値Vu_cmd〜Vw_cmdは、次式(43)によって算出される。

Figure 0004747184
また、電圧座標変換器16fは、算出したU相〜W相の電圧指令値Vu_cmd〜Vw_cmdを前述した可変電源15に出力する。 The voltage coordinate converter 16f converts the input d-axis voltage Vd and q-axis voltage Vq into the U-phase on the three-phase AC coordinate based on the input first and second rotor electrical angles θER1 and θER2. The values are converted into W-phase voltage Vu, Vv, and Vw command values (hereinafter referred to as “U-phase voltage command value Vu_cmd”, “V-phase voltage command value Vv_cmd”, and “W-phase voltage command value Vw_cmd”, respectively). Specifically, U-phase to W-phase voltage command values Vu_cmd to Vw_cmd are calculated by the following equation (43).
Figure 0004747184
The voltage coordinate converter 16f outputs the calculated U-phase to W-phase voltage command values Vu_cmd to Vw_cmd to the variable power supply 15 described above.

これに伴い、可変電源15は、U相〜W相の電圧Vu〜Vwを、U相〜W相の電圧指令値Vu_cmd〜Vw_cmdにそれぞれなるように電動機1に印可する。これにより、U相〜W相の電流Iu〜Iwが制御され、この場合、これらの電流Iu〜Iwは、前記式(36)〜(38)でそれぞれ表される。また、電流の振幅Iは、目標d軸電流Id_tarおよび目標q軸電流Iq_tarに基づいて定まる。   Accordingly, the variable power supply 15 applies the U-phase to W-phase voltages Vu to Vw to the electric motor 1 so as to become the U-phase to W-phase voltage command values Vu_cmd to Vw_cmd, respectively. As a result, U-phase to W-phase currents Iu to Iw are controlled. In this case, these currents Iu to Iw are respectively expressed by the above-described equations (36) to (38). The current amplitude I is determined based on the target d-axis current Id_tar and the target q-axis current Iq_tar.

以上のようなECU16による制御によって、磁界電気角度位置θMFRは、前記式(39)が成立するように制御され、磁界電気角速度ωMFRは、前記式(40)が成立するように制御される。   By the control by the ECU 16 as described above, the magnetic field electrical angle position θMFR is controlled so as to satisfy the equation (39), and the magnetic field electrical angular velocity ωMFR is controlled so that the equation (40) is satisfied.

以上の構成の電動機1は、例えば次のようにして用いられる。すなわち、第1および第2のロータ4,5の一方を固定し、あるいは、これらの一方に動力を入力した状態で、ステータ3に供給した電力を動力に変換し、これらの他方から出力する。また、第1および第2のロータ4,5の双方から動力を同時に出力する場合には、式(41)を満たすような負荷トルクが第1および第2のロータ4,5に同時に作用するようなもの、例えば二重反転プロペラの動力源として用いる。   The electric motor 1 having the above configuration is used as follows, for example. That is, in a state where one of the first and second rotors 4 and 5 is fixed or power is input to one of them, the power supplied to the stator 3 is converted into power and output from the other. Further, when power is simultaneously output from both the first and second rotors 4, 5, a load torque that satisfies Equation (41) is applied to the first and second rotors 4, 5 simultaneously. For example, it is used as a power source for a counter rotating propeller.

次に、ステータ3に供給された電力が、具体的にどのようにして動力に変換され、第1ロータ4や第2ロータ5から出力されるかについて説明する。まず、図5〜図7を参照しながら、第1ロータ4を固定した状態でステータ3に電力を供給した場合について説明する。なお、図5〜図7では、便宜上、複数の構成要素の符号を省略している。このことは、後述する他の図面においても同様である。また、理解の容易化のために、図5〜図7に示される同じ1つの電機子磁極およびコア5aに、ハッチングを付している。   Next, how the electric power supplied to the stator 3 is specifically converted into power and output from the first rotor 4 and the second rotor 5 will be described. First, the case where electric power is supplied to the stator 3 with the first rotor 4 fixed will be described with reference to FIGS. In FIGS. 5 to 7, reference numerals of a plurality of components are omitted for convenience. The same applies to other drawings described later. In order to facilitate understanding, the same one armature magnetic pole and core 5a shown in FIGS. 5 to 7 are hatched.

まず、図5(a)に示すように、ある1つのコア5aの中心と、ある1つの永久磁石4aの中心が、周方向に互いに一致するとともに、そのコア5aから3つ目のコア5aの中心と、その永久磁石4aから4つ目の永久磁石4aの中心が、周方向に互いに一致した状態から、回転磁界を、同図の左方に回転するように発生させる。その発生の開始時においては、互いに同じ極性を有する1つおきの電機子磁極の位置を、中心がコア5aと一致している各永久磁石4aの中心と周方向に一致させるとともに、この電機子磁極の極性をこの永久磁石4aの磁石磁極の極性と異ならせる。   First, as shown in FIG. 5A, the center of one core 5a and the center of one permanent magnet 4a coincide with each other in the circumferential direction, and the third core 5a from the core 5a From the state where the center and the center of the fourth permanent magnet 4a from the permanent magnet 4a coincide with each other in the circumferential direction, a rotating magnetic field is generated to rotate leftward in the figure. At the start of the generation, the position of every other armature magnetic pole having the same polarity is made to coincide with the center of each permanent magnet 4a whose center coincides with the core 5a in the circumferential direction. The polarity of the magnetic pole is made different from that of the permanent magnet 4a.

前述したようにステータ3による回転磁界が第1ロータ4との間に発生することと、コア5aを有する第2ロータ5がステータ3と第1ロータ4の間に配置されていることから、電機子磁極および磁石磁極により、各コア5aは磁化される。このことと、隣り合う各コア5aの間に間隔が空いていることから、電機子磁極とコア5aと磁石磁極を結ぶような磁力線MLが発生する。なお、図5〜図7では、便宜上、鉄芯3aや固定部4bにおける磁力線MLを省略している。このことは、後述する他の図面においても同様である。   As described above, the rotating magnetic field generated by the stator 3 is generated between the first rotor 4 and the second rotor 5 having the core 5 a is disposed between the stator 3 and the first rotor 4. Each core 5a is magnetized by the child magnetic pole and the magnet magnetic pole. Since this and the space | interval between each adjacent core 5a are spaced apart, the magnetic force line ML which connects an armature magnetic pole, the core 5a, and a magnet magnetic pole generate | occur | produces. 5 to 7, for convenience, the magnetic lines of force ML in the iron core 3a and the fixed portion 4b are omitted. The same applies to other drawings described later.

図5(a)に示す状態では、磁力線MLは、周方向の位置が互いに一致している電機子磁極、コア5aおよび磁石磁極を結び、かつ、これらの電機子磁極、コア5aおよび磁石磁極のそれぞれの周方向の各両側に隣り合う電機子磁極、コア5aおよび磁石磁極を結ぶように発生する。また、この状態では、磁力線MLが直線状であることにより、コア5aには、周方向に回転させるような磁力は作用しない。   In the state shown in FIG. 5A, the magnetic lines of force ML connect the armature magnetic pole, the core 5a, and the magnet magnetic pole, whose positions in the circumferential direction coincide with each other, and the armature magnetic pole, the core 5a, and the magnet magnetic pole. It is generated so as to connect the armature magnetic pole, the core 5a, and the magnet magnetic pole adjacent to each other in each circumferential direction. In this state, since the magnetic lines of force ML are linear, no magnetic force that rotates in the circumferential direction acts on the core 5a.

そして、回転磁界の回転に伴って電機子磁極が図5(a)に示す位置から図5(b)に示す位置に回転すると、磁力線MLが曲がった状態になり、それに伴い、磁力線MLが直線状になるように、コア5aに磁力が作用する。この場合、磁力線MLで互いに結ばれた電機子磁極および磁石磁極を結ぶ直線に対して、磁力線MLが、このコア5aにおいて回転磁界の回転方向(以下「磁界回転方向」という)と逆方向に凸に曲がった状態になるため、上記の磁力は、コア5aを磁界回転方向に駆動するように作用する。このような磁力線MLによる磁力の作用により、コア5aは、磁界回転方向に駆動され、図5(c)に示す位置に回転し、コア5aが設けられた第2ロータ5および第2回転軸7も、磁界回転方向に回転する。なお、図5(b)および(c)における破線は、磁力線MLの磁束量が極めて小さく、電機子磁極とコア5aと磁石磁極の間の磁気的なつながりが弱いことを表している。このことは、後述する他の図面においても同様である。   Then, when the armature magnetic pole rotates from the position shown in FIG. 5 (a) to the position shown in FIG. 5 (b) along with the rotation of the rotating magnetic field, the magnetic line of force ML is bent, and accordingly, the magnetic line of force ML becomes a straight line. Magnetic force acts on the core 5a so as to form a shape. In this case, with respect to the straight line connecting the armature magnetic pole and the magnet magnetic pole connected to each other by the magnetic force line ML, the magnetic force line ML protrudes in the direction opposite to the rotating direction of the rotating magnetic field (hereinafter referred to as “magnetic field rotating direction”) in the core 5a. Therefore, the magnetic force acts to drive the core 5a in the magnetic field rotation direction. The core 5a is driven in the magnetic field rotation direction by the action of the magnetic force by the magnetic field lines ML, and rotates to the position shown in FIG. 5C, and the second rotor 5 and the second rotating shaft 7 provided with the core 5a. Also rotate in the direction of magnetic field rotation. The broken lines in FIGS. 5B and 5C indicate that the magnetic flux amount of the magnetic field lines ML is extremely small and the magnetic connection between the armature magnetic pole, the core 5a, and the magnet magnetic pole is weak. The same applies to other drawings described later.

また、回転磁界がさらに回転するのに伴い、上述した一連の動作、すなわち、「磁力線MLがコア5aにおいて磁界回転方向と逆方向に凸に曲がる→磁力線MLが直線状になるようにコア5aに磁力が作用する→コア5aや第2ロータ5、第2回転軸7が、磁界回転方向に回転する」という動作が、図6(a)〜図6(d)、図7(a)および(b)に示すように、繰り返し行われる。以上のような磁力線MLによる磁力の作用により、ステータ3に供給された電力が動力に変換され、第2回転軸7から出力される。   Further, as the rotating magnetic field further rotates, the above-described series of operations, that is, “the magnetic force line ML bends in the direction opposite to the magnetic field rotating direction in the core 5a → the core 5a has a linear shape so that the magnetic force line ML becomes linear. The action that magnetic force acts → the core 5a, the second rotor 5, and the second rotating shaft 7 rotate in the direction of rotating the magnetic field "is shown in FIGS. 6 (a) to 6 (d), 7 (a) and (a). Repeated as shown in b). The electric power supplied to the stator 3 is converted into motive power by the action of the magnetic force due to the magnetic field lines ML as described above, and is output from the second rotating shaft 7.

また、図8は、図5(a)の状態から電機子磁極が電気角2πだけ回転した状態を示しており、図8と図5(a)の比較から明らかなように、コア5aは、電機子磁極に対して1/3の回転角度だけ、同方向に回転していることが分かる。この結果は、前記式(40)において、ωER1=0とすることによって、ωER2=ωMFR/3が得られることと合致する。   FIG. 8 shows a state in which the armature magnetic pole has been rotated by an electrical angle of 2π from the state of FIG. 5A. As is clear from the comparison between FIG. 8 and FIG. It can be seen that the armature magnetic pole rotates in the same direction by a rotation angle of 1/3. This result coincides with the fact that ωER2 = ωMFR / 3 is obtained by setting ωER1 = 0 in the equation (40).

次に、図9〜図11を参照しながら、第2ロータ5を固定した状態で、ステータ3に電力を供給した場合の動作について説明する。なお、図9〜図11では、理解の容易化のために、同じ1つの電機子磁極および永久磁石4aに、ハッチングを付している。まず、図9(a)に示すように、前述した図5(a)の場合と同様、ある1つのコア5aの中心と、ある1つの永久磁石4aの中心が、周方向に互いに一致するとともに、そのコア5aから3つ目のコア5aの中心と、その永久磁石4aから4つ目の永久磁石4aの中心が、周方向に互いに一致した状態から、回転磁界を、同図の左方に回転するように発生させる。その発生の開始時においては、互いに同じ極性を有する1つおきの電機子磁極の位置を、中心がコア5aと一致している各永久磁石4aの中心と周方向に一致させるとともに、この電機子磁極の極性をこの永久磁石4aの磁極の極性と異ならせる。   Next, the operation when power is supplied to the stator 3 with the second rotor 5 fixed will be described with reference to FIGS. 9 to 11. In FIGS. 9 to 11, the same one armature magnetic pole and permanent magnet 4a are hatched for easy understanding. First, as shown in FIG. 9A, as in the case of FIG. 5A described above, the center of one core 5a and the center of one permanent magnet 4a coincide with each other in the circumferential direction. From the state where the center of the third core 5a from the core 5a and the center of the fourth permanent magnet 4a from the permanent magnet 4a coincide with each other in the circumferential direction, the rotating magnetic field is moved to the left in the figure. Generate to rotate. At the start of the generation, the position of every other armature magnetic pole having the same polarity is made to coincide with the center of each permanent magnet 4a whose center coincides with the core 5a in the circumferential direction. The polarity of the magnetic pole is made different from that of the permanent magnet 4a.

図9(a)に示す状態では、図5(a)の場合と同様、磁力線MLは、周方向の位置が互いに一致している電機子磁極、コア5aおよび磁石磁極を結び、かつ、これらの電機子磁極、コア5aおよび磁石磁極のそれぞれの周方向の各両側に隣り合う電機子磁極、コア5aおよび磁石磁極を結ぶように発生する。また、この状態では、磁力線MLが直線状であることにより、永久磁石4aには、周方向に回転させるような磁力は作用しない。   In the state shown in FIG. 9A, as in the case of FIG. 5A, the magnetic force lines ML connect the armature magnetic pole, the core 5a, and the magnetic magnetic pole whose circumferential positions coincide with each other, and The armature magnetic pole, the core 5a, and the magnet magnetic pole are generated so as to connect the adjacent armature magnetic pole, the core 5a, and the magnet magnetic pole on both sides in the circumferential direction. Further, in this state, since the magnetic lines of force ML are linear, no magnetic force that rotates in the circumferential direction acts on the permanent magnet 4a.

そして、回転磁界の回転に伴って電機子磁極が図9(a)に示す位置から図9(b)に示す位置に回転すると、磁力線MLが曲がった状態になり、それに伴い、磁力線MLが直線状になるように、永久磁石4aに磁力が作用する。この場合、この永久磁石4aが、磁力線MLで互いに結ばれた電機子磁極およびコア5aの延長線上よりも磁界回転方向に進んだ位置にあるため、上記の磁力は、この延長線上に永久磁石4aを位置させるように、すなわち、永久磁石4aを磁界回転方向と逆方向に駆動するように作用する。このような磁力線MLによる磁力の作用により、永久磁石4aは、磁界回転方向と逆方向に駆動され、図9(c)に示す位置に回転し、永久磁石4aが設けられた第1ロータ4および第1回転軸6も、磁界回転方向と逆方向に回転する。   When the armature magnetic pole rotates from the position shown in FIG. 9 (a) to the position shown in FIG. 9 (b) along with the rotation of the rotating magnetic field, the magnetic lines of force ML are bent, and accordingly, the magnetic lines of force ML are linear. Thus, a magnetic force acts on the permanent magnet 4a. In this case, since the permanent magnet 4a is in a position advanced in the magnetic field rotation direction from the extension line of the armature magnetic pole and the core 5a connected to each other by the magnetic force line ML, the magnetic force is applied to the permanent magnet 4a on the extension line. , Ie, the permanent magnet 4a is driven in the direction opposite to the magnetic field rotation direction. The permanent magnet 4a is driven in the direction opposite to the magnetic field rotation direction by the action of the magnetic force by the magnetic field lines ML, and rotates to the position shown in FIG. 9C, and the first rotor 4 provided with the permanent magnet 4a and The first rotation shaft 6 also rotates in the direction opposite to the magnetic field rotation direction.

また、回転磁界がさらに回転するのに伴い、上述した一連の動作、すなわち、「磁力線MLが曲がり、磁力線MLで互いに結ばれた電機子磁極およびコア5aの延長線上よりも、永久磁石4aが磁界回転方向に進んだ位置に位置する→磁力線MLが直線状になるように永久磁石4aに磁力が作用する→永久磁石4aや第1ロータ4、第1回転軸6が、磁界回転方向と逆方向に回転する」という動作が、図10(a)〜図10(d)、図11(a)および(b)に示すように、繰り返し行われる。以上のような磁力線MLによる磁力の作用により、ステータ3に供給された電力が動力に変換され、第1回転軸6から出力される。   Further, as the rotating magnetic field further rotates, the above-described series of operations, that is, “the magnetic field ML is bent and the permanent magnet 4a is more magnetic than the armature magnetic pole and the extension line of the core 5a connected to each other by the magnetic field line ML. The magnetic force acts on the permanent magnet 4a so that the magnetic lines of force ML are linear. The permanent magnet 4a, the first rotor 4 and the first rotating shaft 6 are opposite to the magnetic field rotating direction. The operation of “rotate to” is repeatedly performed as shown in FIGS. 10A to 10D, 11A, and 11B. The electric power supplied to the stator 3 is converted into power by the action of the magnetic force generated by the magnetic lines of force ML as described above, and is output from the first rotating shaft 6.

また、図11(b)は、図9(a)の状態から電機子磁極が電気角2πだけ回転した状態を示しており、図11(b)と図9(a)の比較から明らかなように、永久磁石4aは、電機子磁極に対して1/2の回転角度だけ、逆方向に回転していることが分かる。この結果は、前記式(40)において、ωER2=0とすることによって、−ωER1=ωMFR/2が得られることと合致する。   FIG. 11B shows a state in which the armature magnetic pole has been rotated by an electrical angle of 2π from the state of FIG. 9A, which is apparent from a comparison between FIG. 11B and FIG. 9A. In addition, it can be seen that the permanent magnet 4a rotates in the opposite direction by a half rotation angle with respect to the armature magnetic pole. This result agrees with the fact that −ωER1 = ωMFR / 2 is obtained by setting ωER2 = 0 in the equation (40).

また、図12および図13は、電機子磁極、コア5aおよび永久磁石4aの数を、値16、値18および値20にそれぞれ設定し、第1ロータ4を固定するとともに、ステータ3への電力の供給により第2ロータ5から動力を出力した場合におけるシミュレーション結果を示している。図12は、第2ロータ電気角θER2が値0〜2πまで変化する間におけるU相〜W相の逆起電圧Vcu〜Vcwの推移の一例を示している。   12 and 13 set the numbers of armature magnetic poles, cores 5a, and permanent magnets 4a to values 16, 18 and 20, respectively, to fix the first rotor 4 and to supply power to the stator 3. The simulation result in the case where motive power is output from the second rotor 5 by the supply of is shown. FIG. 12 shows an example of transition of the U-phase to W-phase back electromotive voltages Vcu to Vcw while the second rotor electrical angle θER2 changes from 0 to 2π.

この場合、第1ロータ4が固定されていることと、電機子磁極および磁石磁極の極対数がそれぞれ値8および値10であることと、前記式(25)から、磁界電気角速度ωMFR、第1および第2のロータ電気角速度ωER1,ωER2の関係は、ωMFR=2.25・ωER2で表される。図12に示すように、第2ロータ電気角θER2が値0〜2πまで変化する間に、U相〜W相の逆起電圧Vcu〜Vcwは、ほぼ2.25周期分、発生している。また、図12は、第2ロータ5から見たU相〜W相の逆起電圧Vcu〜Vcwの変化状態を示しており、同図に示すように、これらの逆起電圧は、第2ロータ電気角θER2を横軸として、W相逆起電圧Vcw、V相逆起電圧VcvおよびU相逆起電圧Vcuの順に並んでおり、このことは、第2ロータ5が磁界回転方向に回転していることを表す。以上のように、図12に示すシミュレーション結果からも、ωMFR=2.25・ωER2が成立することが確認できた。   In this case, from the fact that the first rotor 4 is fixed, the number of pole pairs of the armature magnetic pole and the magnet magnetic pole is 8 and 10, respectively, and the formula (25), the magnetic field electrical angular velocity ωMFR, the first And the relationship between the second rotor electrical angular velocities ωER1 and ωER2 is represented by ωMFR = 2.25 · ωER2. As shown in FIG. 12, while the second rotor electrical angle θER2 changes from 0 to 2π, the U-phase to W-phase back electromotive voltages Vcu to Vcw are generated for approximately 2.25 cycles. FIG. 12 shows a change state of the U-phase to W-phase counter electromotive voltages Vcu to Vcw as viewed from the second rotor 5. As shown in FIG. With the electrical angle θER2 as the horizontal axis, the W-phase counter electromotive voltage Vcw, the V-phase counter electromotive voltage Vcv, and the U-phase counter electromotive voltage Vcu are arranged in this order. This is because the second rotor 5 rotates in the magnetic field rotation direction. Represents that As described above, it was confirmed from the simulation results shown in FIG. 12 that ωMFR = 2.25 · ωER2 was established.

さらに、図13は、駆動用等価トルクTSE、第1および第2のロータ伝達トルクTR1,TR2の推移の一例を示している。この場合、電機子磁極および磁石磁極の極対数がそれぞれ値8および値10であることと、前記式(32)から、駆動用等価トルクTSE、第1および第2のロータ伝達トルクTR1,TR2の関係は、TSE=TR1/1.25=−TR2/2.25で表される。図13に示すように、駆動用等価トルクTSEは、ほぼ−TREFに、第1ロータ伝達トルクTR1は、ほぼ1.25・(−TREF)に、第2ロータ伝達トルクTR2は、ほぼ2.25・TREFになっている。このTREFは所定のトルク値(例えば200Nm)である。このように、図13に示すシミュレーション結果からも、TSE=TR1/1.25=−TR2/2.25が成立することが確認できた。   Further, FIG. 13 shows an example of transition of the driving equivalent torque TSE and the first and second rotor transmission torques TR1 and TR2. In this case, the number of pole pairs of the armature magnetic pole and the magnet magnetic pole is 8 and 10, respectively, and from the above equation (32), the driving equivalent torque TSE, the first and second rotor transmission torques TR1, TR2 The relationship is expressed by TSE = TR1 / 1.25 = −TR2 / 2.25. As shown in FIG. 13, the driving equivalent torque TSE is approximately -TREF, the first rotor transmission torque TR1 is approximately 1.25 · (-TREF), and the second rotor transmission torque TR2 is approximately 2.25.・ It is TREF. This TREF is a predetermined torque value (for example, 200 Nm). Thus, it was confirmed from the simulation results shown in FIG. 13 that TSE = TR1 / 1.25 = −TR2 / 2.25 was established.

また、図14および図15は、電機子磁極、コア5aおよび永久磁石4aの数を図12および図13の場合と同様に設定し、第1ロータ4に代えて第2ロータ5を固定するとともに、ステータ3への電力の供給により第1ロータ4から動力を出力した場合におけるシミュレーション結果を示している。図14は、第1ロータ電気角θER1が値0〜2πまで変化する間におけるU相〜W相の逆起電圧Vcu〜Vcwの推移の一例を示している。   14 and 15 set the number of armature magnetic poles, cores 5a and permanent magnets 4a in the same manner as in FIGS. 12 and 13, and fix the second rotor 5 in place of the first rotor 4. The simulation result in the case where power is output from the first rotor 4 by supplying electric power to the stator 3 is shown. FIG. 14 shows an example of the transition of the U-phase to W-phase back electromotive voltages Vcu to Vcw while the first rotor electrical angle θER1 changes from 0 to 2π.

この場合、第2ロータ5が固定されていることと、電機子磁極および磁石磁極の極対数がそれぞれ値8および値10であることと、前記式(25)から、磁界電気角速度ωMFR、第1および第2のロータ電気角速度ωER1,ωER2の関係は、ωMFR=−1.25・ωER1で表される。図14に示すように、第1ロータ電気角θER1が値0〜2πまで変化する間に、U相〜W相の逆起電圧Vcu〜Vcwは、ほぼ1.25周期分、発生している。また、図14は、第1ロータ4から見たU相〜W相の逆起電圧Vcu〜Vcwの変化状態を示しており、同図に示すように、これらの逆起電圧は、第1ロータ電気角θER1を横軸として、U相逆起電圧Vcu、V相逆起電圧VcvおよびW相逆起電圧Vcwの順に並んでおり、このことは、第1ロータ4が磁界回転方向と逆方向に回転していることを表す。以上のように、図14に示すシミュレーション結果からも、ωMFR=−1.25・ωER1が成立することが確認できた。   In this case, from the fact that the second rotor 5 is fixed, the number of pole pairs of the armature magnetic pole and the magnet magnetic pole is 8 and 10, respectively, and the formula (25), the magnetic field electrical angular velocity ωMFR, the first And the relationship between the second rotor electrical angular velocities ωER1 and ωER2 is represented by ωMFR = −1.25 · ωER1. As shown in FIG. 14, while the first rotor electrical angle θER1 varies from 0 to 2π, the U-phase to W-phase counter electromotive voltages Vcu to Vcw are generated for approximately 1.25 cycles. FIG. 14 shows a change state of the U-phase to W-phase back electromotive voltages Vcu to Vcw as viewed from the first rotor 4, and as shown in FIG. With the electrical angle θER1 as the horizontal axis, the U-phase counter electromotive voltage Vcu, the V-phase counter electromotive voltage Vcv, and the W-phase counter electromotive voltage Vcw are arranged in this order, which means that the first rotor 4 is in a direction opposite to the magnetic field rotation direction. Indicates that it is rotating. As described above, it was confirmed from the simulation results shown in FIG. 14 that ωMFR = −1.25 · ωER1 was established.

さらに、図15は、駆動用等価トルクTSE、第1および第2のロータ伝達トルクTR1,TR2の推移の一例を示している。この場合にも、図13の場合と同様、式(32)から、駆動用等価トルクTSE、第1および第2のロータ伝達トルクTR1,TR2の関係は、TSE=TR1/1.25=−TR2/2.25で表される。図15に示すように、駆動用等価トルクTSEは、ほぼTREFに、第1ロータ伝達トルクTR1は、ほぼ1.25・TREFに、第2ロータ伝達トルクTR2は、ほぼ−2.25・TREFになっている。このように、図15に示すシミュレーション結果からも、TSE=TR1/1.25=−TR2/2.25が成立することが確認できた。   Further, FIG. 15 shows an example of transition of the driving equivalent torque TSE and the first and second rotor transmission torques TR1 and TR2. Also in this case, as in the case of FIG. 13, the relationship between the driving equivalent torque TSE and the first and second rotor transmission torques TR1 and TR2 is expressed by TSE = TR1 / 1.25 = −TR2 from Expression (32). /2.25. As shown in FIG. 15, the driving equivalent torque TSE is approximately TREF, the first rotor transmission torque TR1 is approximately 1.25 · TREF, and the second rotor transmission torque TR2 is approximately −2.25 · TREF. It has become. Thus, it was confirmed from the simulation results shown in FIG. 15 that TSE = TR1 / 1.25 = −TR2 / 2.25 was established.

以上のように、本実施形態によれば、コア5aで構成された単一の軟磁性体列だけで電動機1を作動させることができるので、電動機1の小型化および製造コストの削減を図ることができる。また、電機子磁極の極対数に対する磁石磁極の極対数の比を設定することによって、磁界電気角速度ωMFR、第1および第2のロータ電気角速度ωER1,ωER2の関係と、駆動用等価トルクTSE、第1および第2のロータ伝達トルクTR1,TR2の関係を自由に設定でき、したがって、電動機1の設計の自由度を高めることができる。   As described above, according to the present embodiment, since the electric motor 1 can be operated only by a single soft magnetic material row constituted by the cores 5a, the electric motor 1 can be reduced in size and manufacturing cost can be reduced. Can do. Further, by setting the ratio of the number of pole pairs of the magnetic poles to the number of pole pairs of the armature poles, the relationship between the magnetic field electrical angular velocity ωMFR, the first and second rotor electrical angular velocities ωER1, ωER2, and the drive equivalent torque TSE, The relationship between the first and second rotor transmission torques TR1 and TR2 can be freely set, and therefore the degree of freedom in designing the electric motor 1 can be increased.

さらに、磁界電気角度位置θMFRを前記式(40)が成立するように制御するので、電動機1の適正な動作を確保することができる。また、永久磁石4aの磁極を用いるので、電磁石の磁極を用いた場合と異なり、電磁石に電力を供給するための電気回路やコイルが不要になる。これにより、電動機1をさらに小型化できるとともに、構成を単純化することができる。また、磁極として電磁石の磁極を用いたときの電力供給用のスリップリングが不要になり、その分、電動機1を小型化できるとともに、効率を高めることができる。   Further, since the magnetic field electrical angle position θMFR is controlled so that the formula (40) is satisfied, an appropriate operation of the electric motor 1 can be ensured. Further, since the magnetic pole of the permanent magnet 4a is used, an electric circuit and a coil for supplying electric power to the electromagnet are not required unlike the case of using the magnetic pole of the electromagnet. Thereby, the electric motor 1 can be further reduced in size and the configuration can be simplified. Further, the slip ring for supplying power when the magnetic pole of the electromagnet is used as the magnetic pole becomes unnecessary, and accordingly, the electric motor 1 can be reduced in size and the efficiency can be increased.

なお、上述した第1実施形態では、第1および第2のロータ4,5を回転自在に構成しているが、両者4,5の一方を回転不能に構成するとともに、他方のみを回転自在に構成し、他方から動力を出力してもよい。この場合、第1および第2のロータ4,5の一方が回転不能に構成されているため、前記式(39)において、両者4,5の一方の電気角度位置が値0になることから明らかなように、両者4,5の他方の電気角度位置のみをセンサなどで検出するとともに、検出された他方の電気角度位置に応じて、回転磁界を制御すればよい。また、ステータ3を回転自在に構成してもよく、その場合には、電動機は例えば次のように用いられる。すなわち、第1および第2のロータ4,5の一方と、ステータ3に動力を入力した状態で、ステータ3に電力を供給し、この電力を動力に変換して、両ロータ4,5の他方から出力する。あるいは、第1および第2のロータ4,5の一方を固定した状態(または、この一方に動力を入力した状態)で、ステータ3および他方から動力を同時に出力する場合には、式(41)を満たすような負荷トルクがステータ3および他方に同時に作用するようなもの、例えば二重反転プロペラの動力源として用いる。   In the first embodiment described above, the first and second rotors 4 and 5 are configured to be rotatable. However, one of the both rotors 4 and 5 is configured to be non-rotatable and only the other is rotatable. You may comprise, and you may output motive power from the other. In this case, since one of the first and second rotors 4 and 5 is configured to be non-rotatable, it is obvious from the equation (39) that one of the electrical angular positions of the both rotors 4 and 5 has a value of 0. As described above, only the other electrical angle position of the both 4 and 5 is detected by a sensor or the like, and the rotating magnetic field may be controlled in accordance with the detected other electrical angle position. Moreover, you may comprise the stator 3 rotatably, in that case, an electric motor is used as follows, for example. That is, in a state where power is input to one of the first and second rotors 4, 5 and the stator 3, power is supplied to the stator 3, and this power is converted into power, and the other of the rotors 4, 5 is Output from. Alternatively, when power is simultaneously output from the stator 3 and the other in a state where one of the first and second rotors 4 and 5 is fixed (or a state where power is input to one of the rotors 4 and 5), the formula (41) It is used as a power source for a counter-rotating propeller such that a load torque that satisfies the above conditions acts on the stator 3 and the other simultaneously.

さらに、第1実施形態では、第1および第2のロータ回転角θR1,θR2として、基準コイルすなわち特定のU相コイル3cに対する特定の永久磁石4aおよびコア5aの回転角度位置をそれぞれ検出しているが、ステータ3に対する第1および第2のロータ4,5の回転角度位置を表すのであれば、他の部位の回転角度位置を検出してもよい。例えば、特定のV相コイル3dや、特定のW相コイル3e、ケース2の特定の部位に対する、固定部4bや第1回転軸6の特定の部位の回転角度位置を第1ロータ回転角θR1として、フランジ5bや第2回転軸7の特定の部位の回転角度位置を第2ロータ回転角θR2として、それぞれ検出してもよい。   Furthermore, in the first embodiment, the rotation angle positions of the specific permanent magnet 4a and the core 5a with respect to the reference coil, that is, the specific U-phase coil 3c, are detected as the first and second rotor rotation angles θR1 and θR2, respectively. However, as long as it represents the rotational angle positions of the first and second rotors 4 and 5 with respect to the stator 3, the rotational angle positions of other parts may be detected. For example, the rotation angle position of a specific portion of the fixed portion 4b or the first rotating shaft 6 with respect to a specific portion of the specific V-phase coil 3d, specific W-phase coil 3e, or case 2 is defined as the first rotor rotation angle θR1. The rotation angle position of a specific part of the flange 5b or the second rotation shaft 7 may be detected as the second rotor rotation angle θR2.

また、第1実施形態では、回転磁界の制御に用いる磁界電気角度位置θMFRを、第1および第2の回転位置センサ21,22で検出された第1および第2のロータ回転角θR1,θR2を用い、式(39)によって算出しているが、特願2007−280916号に記載された手法によって求めてもよい。具体的には、サンギヤとリングギヤの歯数の比が電機子磁極および磁石磁極の一方の数に対する他方の数の比と同じ値である遊星歯車装置と、単一の回転位置センサを用意し、サンギヤおよびリングギヤの一方を第1ロータ4に、キャリアを第2ロータ5に、それぞれ連結するとともに、特定のU相コイル3cに対するサンギヤおよびリングギヤの他方の回転角度位置を、回転位置センサで検出する。この場合、電機子磁極の数が磁石磁極の数よりも大きい場合、第1ロータ4には、サンギヤが連結される。   In the first embodiment, the magnetic field electrical angle position θMFR used for controlling the rotating magnetic field is used as the first and second rotor rotation angles θR1 and θR2 detected by the first and second rotational position sensors 21 and 22. Although it is used and is calculated by the equation (39), it may be obtained by the method described in Japanese Patent Application No. 2007-280916. Specifically, a planetary gear device in which the ratio of the number of teeth of the sun gear and the ring gear is the same value as the ratio of the other number to the number of one of the armature magnetic pole and the magnet magnetic pole, and a single rotational position sensor are prepared, One of the sun gear and the ring gear is connected to the first rotor 4 and the carrier is connected to the second rotor 5, respectively, and the rotational angle position of the other of the sun gear and the ring gear with respect to the specific U-phase coil 3c is detected by a rotational position sensor. In this case, when the number of armature magnetic poles is larger than the number of magnet magnetic poles, a sun gear is connected to the first rotor 4.

以上により、上記の回転位置センサで検出される回転角度位置は、電機子磁極の数に対する磁石磁極の数の比をγとすると、(1+γ)θR2−γ・θR1を表す。このことから明らかなように、第1および第2のロータ4,5の回転角度位置を2つのセンサで別個に検出することなく、遊星歯車装置と単一の回転位置センサによって、回転磁界の制御に用いる磁界電気角度位置θMFRを求めることができる。   As described above, the rotational angle position detected by the rotational position sensor represents (1 + γ) θR2−γ · θR1 when the ratio of the number of magnet magnetic poles to the number of armature magnetic poles is γ. As is clear from this, the rotational magnetic field is controlled by the planetary gear unit and the single rotational position sensor without separately detecting the rotational angular positions of the first and second rotors 4 and 5 by the two sensors. Magnetic field electrical angle position θMFR used in the above can be obtained.

さらに、第1実施形態では、ステータ3および第1ロータ4を、径方向の外側および内側にそれぞれ配置しているが、これとは逆に、径方向の内側および外側にそれぞれ配置してもよい。また、ステータ3、第1および第2のロータ4,5を径方向に並ぶように配置し、いわゆるラジアルタイプとして電動機1を構成しているが、ステータ3、第1および第2のロータ4,5を軸線方向に並ぶように配置し、いわゆるアキシャルタイプとして電動機1を構成してもよい。   Further, in the first embodiment, the stator 3 and the first rotor 4 are respectively arranged on the outer side and the inner side in the radial direction. On the contrary, they may be arranged on the inner side and the outer side in the radial direction. . Further, the stator 3, the first and second rotors 4, 5 are arranged so as to be aligned in the radial direction, and the electric motor 1 is configured as a so-called radial type, but the stator 3, the first and second rotors 4, 4 are configured. 5 may be arranged so as to be aligned in the axial direction, and the electric motor 1 may be configured as a so-called axial type.

次に、図16および図17を参照しながら、本発明の第2実施形態による電動機31について説明する。同図に示す電動機31は、第1実施形態と異なり、リニアモータとして構成されており、搬送装置に適用されたものである。なお、図16において、第1実施形態と同じ構成要素については、同じ符号を用いて示している。以下、第1実施形態と異なる点を中心に説明する。   Next, an electric motor 31 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 16 and 17. Unlike the first embodiment, the electric motor 31 shown in the figure is configured as a linear motor, and is applied to a conveying device. In FIG. 16, the same constituent elements as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals. Hereinafter, a description will be given focusing on differences from the first embodiment.

図16および図17に示すように、電動機31は、不動のケース32と、ケース32内に設けられた第1ステータ33と、ケース32内に第1ステータ33に対向するように設けられた第2ステータ34と、両ステータ33,34の間に設けられた可動子35を備えている。   As shown in FIGS. 16 and 17, the electric motor 31 includes a stationary case 32, a first stator 33 provided in the case 32, and a first stator provided in the case 32 so as to face the first stator 33. 2 and a mover 35 provided between the stators 33 and 34.

ケース32は、前後方向(図16の奥行き方向、図17の上下方向)を長さ方向とする板状の底壁32aと、この底壁32aの両端部からそれぞれ上方に延び、互いに対向する側壁32bおよび32cとを一体に有している。   The case 32 has a plate-like bottom wall 32a whose longitudinal direction is the front-rear direction (depth direction in FIG. 16, vertical direction in FIG. 17), and side walls that extend upward from both ends of the bottom wall 32a and face each other. 32b and 32c are integrated.

第1ステータ33は、移動磁界を発生させるものであり、図17に示すように、鉄芯33aと、この鉄芯33aに設けられたU相、V相およびW相のコイル33c,33d,33eを有している。鉄芯33aは、複数の鋼板を積層した直方体状のものであり、前後方向に、ケース32の全体に延びており、ケース32の側壁32bに取り付けられている。また、鉄芯33aの第2ステータ34側の面には、多数のスロット33bが形成されており、これらのスロット33bは、上下方向に延びるとともに、前後方向に等間隔に並んでいる。上記のU相〜W相のコイル33c〜33eは、スロット33bに分布巻き(波巻き)で巻回されるとともに、前述した可変電源15に接続されている。   The first stator 33 generates a moving magnetic field, and as shown in FIG. 17, the iron core 33a and the U-phase, V-phase, and W-phase coils 33c, 33d, and 33e provided on the iron core 33a. have. The iron core 33a has a rectangular parallelepiped shape in which a plurality of steel plates are stacked, extends in the front-rear direction over the entire case 32, and is attached to the side wall 32b of the case 32. A large number of slots 33b are formed on the surface of the iron core 33a on the second stator 34 side, and these slots 33b extend in the vertical direction and are arranged at equal intervals in the front-rear direction. The U-phase to W-phase coils 33c to 33e are wound around the slot 33b by distributed winding (wave winding) and are connected to the variable power source 15 described above.

以上の構成の第1ステータ33では、可変電源15から電力が供給されたときに、鉄芯33aの第2ステータ34側の端部に、多数の磁極が前後方向に等間隔で発生する(図18参照)とともに、これらの磁極による移動磁界が前後方向に移動する。以下、鉄芯33aに発生する磁極を、第1実施形態と同様、「電機子磁極」という。なお、図18では、電機子磁極を、図5と同様、鉄芯33aやU相〜W相のコイル33c〜33eの上に、(N)および(S)で表記している。この場合、同図に示すように、前後方向に沿う所定の区間INTにおける電機子磁極の数は、値4である。   In the first stator 33 configured as described above, when electric power is supplied from the variable power source 15, a large number of magnetic poles are generated at equal intervals in the front-rear direction at the end of the iron core 33a on the second stator 34 side (see FIG. 18), the moving magnetic field by these magnetic poles moves in the front-rear direction. Hereinafter, the magnetic poles generated in the iron core 33a are referred to as “armature magnetic poles” as in the first embodiment. In FIG. 18, the armature magnetic poles are indicated by (N) and (S) on the iron core 33 a and the U-phase to W-phase coils 33 c to 33 e as in FIG. 5. In this case, as shown in the figure, the number of armature magnetic poles in a predetermined section INT along the front-rear direction is a value 4.

第2ステータ34は、多数の永久磁石34aから成る磁極列を有している。これらの永久磁石34aは、前後方向に等間隔で並んでおり、この磁極列は、第1ステータ33の鉄芯33aに対向している。各永久磁石34aは、直方体状に形成されており、その上下方向の長さが、鉄芯33aのそれと同じに設定されている。また、永久磁石34aは、底壁32aの上面の右端部に(図16の右側を「右」)、固定部34bを介して取り付けられるとともに、側壁32cに取り付けられている。この固定部34bは、軟磁性体、例えば鉄で構成されている。このように鉄で構成された固定部34bに永久磁石34aが取り付けられているので、各永久磁石34aには、第1ステータ33側の端部に、(N)または(S)の1つの磁極が現れる。なお、図17および図18では、図3と同様、永久磁石34aの磁極(以下、第1実施形態と同様「磁石磁極」という)を、(N)および(S)で表記している。また、図18に示すように、前後方向に隣り合う各2つの永久磁石34aの極性は、互いに異なっており、所定の区間INTにおける永久磁石34aの数は、値8である。   The second stator 34 has a magnetic pole row composed of a large number of permanent magnets 34a. These permanent magnets 34 a are arranged at equal intervals in the front-rear direction, and this magnetic pole row faces the iron core 33 a of the first stator 33. Each permanent magnet 34a is formed in a rectangular parallelepiped shape, and its vertical length is set to be the same as that of the iron core 33a. In addition, the permanent magnet 34a is attached to the right end portion of the upper surface of the bottom wall 32a (the right side in FIG. 16 is “right”) via the fixing portion 34b and is attached to the side wall 32c. The fixed portion 34b is made of a soft magnetic material such as iron. Since the permanent magnet 34a is attached to the fixed portion 34b made of iron in this way, each permanent magnet 34a has one magnetic pole (N) or (S) at the end on the first stator 33 side. Appears. 17 and 18, the magnetic poles of the permanent magnet 34a (hereinafter referred to as “magnet magnetic poles” as in the first embodiment) are denoted by (N) and (S), as in FIG. Further, as shown in FIG. 18, the polarities of the two permanent magnets 34a adjacent to each other in the front-rear direction are different from each other, and the number of permanent magnets 34a in the predetermined section INT is 8.

可動子35は、第1および第2のステータ33,34の上方に設けられた天板35aと、この天板35aに設けられた6個のコア35bから成る軟磁性体列を有している。天板35aの前後方向および左右方向の大きさは、ケース32よりも小さくなっており、第1および第2のステータ33,34の一部を覆っている。   The mover 35 has a soft magnetic body row composed of a top plate 35a provided above the first and second stators 33, 34 and six cores 35b provided on the top plate 35a. . The size of the top plate 35a in the front-rear direction and the left-right direction is smaller than that of the case 32 and covers a part of the first and second stators 33 and 34.

各コア35bは、軟磁性体、例えば複数の鋼板を積層した直方体状のものであり、その上下方向の長さが、鉄芯33aのそれと同じに設定されている。また、6個のコア35bは、それぞれの上端部に設けられた連結部35cを介して、天板35aで連結されており、前後方向に等間隔で並んでいる。さらに、コア35bから成る軟磁性体列は、第1ステータ33の鉄芯33aと第2ステータ34の磁極列との間に、それぞれ所定の間隔を隔てて配置されている。また、各コア35bの底部には、車輪35dが設けられている。コア35bは、この車輪35dを介して底壁32aの上面のレール(図示せず)に載置されており、それにより、コア35bを含む可動子35は、前後方向に移動自在であるとともに、左右方向に移動不能になっている。なお、図17および図18では、便宜上、連結部35cを省略している。   Each core 35b is a soft magnetic material, for example, a rectangular parallelepiped shape in which a plurality of steel plates are laminated, and the length in the vertical direction is set to be the same as that of the iron core 33a. Moreover, the six cores 35b are connected by the top plate 35a via the connection part 35c provided in each upper end part, and are located in a line at equal intervals in the front-back direction. Further, the soft magnetic material row composed of the cores 35b is disposed between the iron core 33a of the first stator 33 and the magnetic pole row of the second stator 34 with a predetermined distance therebetween. A wheel 35d is provided at the bottom of each core 35b. The core 35b is placed on a rail (not shown) on the upper surface of the bottom wall 32a via the wheel 35d, whereby the mover 35 including the core 35b is movable in the front-rear direction. It cannot move left and right. In FIG. 17 and FIG. 18, the connecting portion 35c is omitted for convenience.

なお、本実施形態では、第2ステータ34が、本発明における第1構造体に相当するとともに、永久磁石34aが本発明における磁極に相当する。また、第1ステータ33が本発明における第2構造体に相当するとともに、鉄芯33aおよびU相〜W相のコイル33c〜33eが、本発明における電機子に相当する。さらに、可動子35が本発明における第3構造体に相当するとともに、コア35bが本発明における軟磁性体に相当する。   In the present embodiment, the second stator 34 corresponds to the first structure in the present invention, and the permanent magnet 34a corresponds to the magnetic pole in the present invention. The first stator 33 corresponds to the second structure in the present invention, and the iron core 33a and the U-phase to W-phase coils 33c to 33e correspond to the armature in the present invention. Further, the mover 35 corresponds to the third structure in the present invention, and the core 35b corresponds to the soft magnetic body in the present invention.

また、電動機31には、光学式の位置センサ41(相対位置関係検出手段)が設けられており、この位置センサ41は、第1ステータ33の特定のU相コイル33cに対する可動子35の特定のコア35bの位置(以下「可動子位置」という)を表す検出信号を、ECU16に出力する。ECU16は、検出された可動子位置に応じ、可動子35と第1および第2のステータ33,34との相対的な位置関係を求めるとともに、この位置関係に基づいて、U相〜W相のコイル33c〜33eへの通電を制御し、それにより、移動磁界を制御する。この制御は、より具体的には、以下のようにして行われる。   Further, the electric motor 31 is provided with an optical position sensor 41 (relative positional relationship detecting means), and this position sensor 41 is a specific mover 35 for a specific U-phase coil 33c of the first stator 33. A detection signal indicating the position of the core 35 b (hereinafter referred to as “mover position”) is output to the ECU 16. The ECU 16 obtains the relative positional relationship between the movable element 35 and the first and second stators 33 and 34 according to the detected movable element position, and based on this positional relationship, the U phase to the W phase. The energization to the coils 33c to 33e is controlled, thereby controlling the moving magnetic field. More specifically, this control is performed as follows.

図18に示すように、所定の区間INTでは、第1実施形態と同様、電機子磁極が4個、磁石磁極が8個、コア35bが6個である。すなわち、電機子磁極の数と磁石磁極の数とコア35bの数との比は、1:2:(1+2)/2に設定されている。本実施形態では、永久磁石34aが移動不能に構成されていることと、前記式(39)から、移動磁界のベクトルの電気角度位置(以下「磁界電気角度位置θMFM」という)は、θMFM=3・θEMが成立するするように制御される。このθEMは、可動子位置を電気角度位置に換算した値(以下「可動子電気角度位置」という)であり、具体的には、検出された可動子位置に電機子磁極の極対数、すなわち値2を乗算した値である。なお、この制御は、第1実施形態と同様、ベクトル制御によりU相〜W相のコイル33c〜33eに流れる電流を制御することによって行われる。   As shown in FIG. 18, in the predetermined section INT, as in the first embodiment, there are four armature magnetic poles, eight magnet magnetic poles, and six cores 35b. That is, the ratio of the number of armature magnetic poles, the number of magnet magnetic poles, and the number of cores 35b is set to 1: 2: (1 + 2) / 2. In the present embodiment, the electric angle position of the vector of the moving magnetic field (hereinafter referred to as “magnetic field electric angle position θMFM”) is expressed by θMFM = 3 from the fact that the permanent magnet 34a is configured to be immovable and the equation (39). Control is performed so that θEM is established. This θEM is a value obtained by converting the mover position into an electrical angle position (hereinafter referred to as “mover electrical angle position”). Specifically, the detected mover position has the number of pole pairs of the armature magnetic poles, that is, the value. It is a value obtained by multiplying two. This control is performed by controlling the current flowing through the U-phase to W-phase coils 33c to 33e by vector control, as in the first embodiment.

以上により、移動磁界の電気角速度(以下「磁界電気角速度ωMFM」という)は、ωMFM=3・ωEMが成立するするように制御される。このωEMは、可動子電気角度位置θEMの時間微分値であり、可動子35の移動速度を電気角速度に換算した値(以下「可動子電気角速度」という)である。また、第1ステータ33に供給された電力および磁界電気角速度ωMFMと等価の推力を、駆動用等価推力FSEとすると、この駆動用等価推力FSEと、可動子35に伝達される推力(以下「可動子伝達推力」という)FMの関係は、前記式(41)から、FSE=−FM/3で表される。   As described above, the electrical angular velocity of the moving magnetic field (hereinafter referred to as “magnetic field electrical angular velocity ωMFM”) is controlled so that ωMFM = 3 · ωEM is established. This ωEM is a time differential value of the mover electrical angular position θEM, and is a value obtained by converting the moving speed of the mover 35 into an electrical angular speed (hereinafter referred to as “mover electrical angular speed”). Further, assuming that the power equivalent to the electric power supplied to the first stator 33 and the magnetic field electrical angular velocity ωMFM is the driving equivalent thrust FSE, this driving equivalent thrust FSE and the thrust transmitted to the mover 35 (hereinafter “movable”). The relationship of FM (referred to as “child transmission thrust”) is expressed by FSE = −FM / 3 from the equation (41).

以上のように、本実施形態によれば、第1実施形態と同様、6個のコア35bから成る単一の軟磁性体列だけで電動機31を作動させることができるので、電動機31の小型化および製造コストの削減を図ることができる。また、所定の区間INTにおける電機子磁極の極対数に対する磁石磁極の極対数の比を設定することによって、磁界電気角速度ωMFMおよび可動子電気角速度ωEMの関係と、駆動用等価推力FSEおよび可動子伝達推力FMの関係を自由に設定でき、したがって、電動機31の設計の自由度を高めることができる。   As described above, according to the present embodiment, similarly to the first embodiment, the electric motor 31 can be operated only by a single soft magnetic material row composed of the six cores 35b. In addition, the manufacturing cost can be reduced. Further, by setting the ratio of the number of pole pairs of the magnetic poles to the number of pole pairs of the armature poles in the predetermined section INT, the relationship between the magnetic field electrical angular velocity ωMFM and the mover electrical angular velocity ωEM, the driving equivalent thrust FSE, and the mover transmission The relationship of the thrust FM can be set freely, and therefore the degree of freedom in designing the electric motor 31 can be increased.

さらに、磁界電気角度位置θMFMを、θMFM=3・θEMが成立するように制御するので、電動機31の適正な動作を確保することができる。また、第1実施形態と同様、永久磁石34aの磁極を用いるので、電動機31のさらなる小型化や構成の単純化を図ることができる。   Furthermore, since the magnetic field electrical angle position θMFM is controlled so that θMFM = 3 · θEM is established, an appropriate operation of the electric motor 31 can be ensured. Moreover, since the magnetic pole of the permanent magnet 34a is used similarly to 1st Embodiment, the further size reduction of the electric motor 31 and simplification of a structure can be achieved.

なお、電動機31を次のようにして構成してもよい。すなわち、第2ステータ34の複数の永久磁石34aを天板35aとは別の天板で連結することで第2可動子を構成するとともに、この第2可動子を、ケース32に対して前後方向に移動自在に設ける。そして、第1実施形態と同様に、可動子35および第2可動子の少なくとも一方から動力を出力するようにしてもよい。それに加え、第1ステータ33の鉄芯33aを天板に取り付けることで第3可動子を構成するとともに、この第3可動子を、ケース32に対して前後方向に移動自在に構成してもよい。そして、第1実施形態で述べたように、可動子35や、第2可動子、第3可動子から動力を出力するようにしてもよい。   In addition, you may comprise the electric motor 31 as follows. That is, the second mover is configured by connecting a plurality of permanent magnets 34 a of the second stator 34 with a top plate different from the top plate 35 a, and the second mover is moved in the front-rear direction with respect to the case 32. It can be moved freely. And like 1st Embodiment, you may make it output motive power from at least one of the needle | mover 35 and a 2nd needle | mover. In addition, the third mover may be configured by attaching the iron core 33a of the first stator 33 to the top plate, and the third mover may be configured to be movable in the front-rear direction with respect to the case 32. . As described in the first embodiment, power may be output from the mover 35, the second mover, or the third mover.

上記のように第2可動子を設ける場合には、可動子35の可動子位置に加え、特定のU相コイル33cに対する第2可動子の特定の永久磁石34aの位置をセンサなどで検出するとともに、可動子位置と検出された第2可動子の位置に応じ、式(39)に基づいて、磁界電気角度位置θMFMが算出される。そして、算出した磁界電気角度位置θMFMが回動磁界の制御に用いられる。   When the second mover is provided as described above, the position of the specific permanent magnet 34a of the second mover with respect to the specific U-phase coil 33c is detected by a sensor or the like in addition to the position of the mover 35. The magnetic field electrical angle position θMFM is calculated based on the equation (39) according to the mover position and the detected position of the second mover. The calculated magnetic field electrical angle position θMFM is used for controlling the rotating magnetic field.

また、第2実施形態では、可動子位置として、特定のU相コイル33cに対する特定のコア35aの位置を検出しているが、第1ステータ33に対する可動子35の位置を表すのであれば、他の部位の位置を検出してもよい。例えば、特定のV相コイル33dや、特定のW相コイル33e、ケース32の特定の部位に対する、天板35aなどの特定の部位の位置を可動子位置として検出してもよい。このことは、上述したように第2可動子や、第3可動子を設けた場合にも同様に当てはまる。   Further, in the second embodiment, the position of the specific core 35a with respect to the specific U-phase coil 33c is detected as the mover position. The position of the part may be detected. For example, the position of a specific part such as the top plate 35a with respect to a specific part of the specific V-phase coil 33d, specific W-phase coil 33e, or case 32 may be detected as the mover position. This also applies to the case where the second movable element or the third movable element is provided as described above.

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、1つの磁極を、単一の永久磁石4a,34aの磁極で構成しているが、複数の永久磁石の磁極で構成してもよい。例えば、2つの永久磁石の磁極がステータ3(第1ステータ33)側で近づき合うように、これらの2つの永久磁石を逆V字状に並べることにより、1つの磁極を構成することによって、磁力線MLの指向性を高めることができる。また、実施形態における永久磁石4a,34aに代えて、電磁石や移動磁界を発生可能な電機子を用いてもよい。さらに、実施形態では、U相〜W相のコイル3c〜3e、33c〜33eをスロット3b、33bに分布巻きで巻回しているが、これに限らず、集中巻きでもよい。また、実施形態では、コイル3c〜3e、33c〜33eを、U相〜W相の3相コイルで構成しているが、移動磁界(回転磁界)を発生できれば、このコイルの相数はこれに限らず、任意である。   In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the described embodiment. For example, in the embodiment, one magnetic pole is constituted by the magnetic poles of a single permanent magnet 4a, 34a, but may be constituted by magnetic poles of a plurality of permanent magnets. For example, by arranging these two permanent magnets in an inverted V shape so that the magnetic poles of the two permanent magnets approach each other on the side of the stator 3 (first stator 33), magnetic field lines are formed. ML directivity can be increased. Further, instead of the permanent magnets 4a and 34a in the embodiment, an electromagnet or an armature capable of generating a moving magnetic field may be used. Further, in the embodiment, the U-phase to W-phase coils 3c to 3e and 33c to 33e are wound around the slots 3b and 33b by distributed winding, but the invention is not limited to this, and concentrated winding may be used. Moreover, in embodiment, although the coils 3c-3e and 33c-33e are comprised with the three-phase coil of U phase-W phase, if a moving magnetic field (rotating magnetic field) can be generated, the number of phases of this coil will become this It is not limited and is arbitrary.

さらに、スロット3b、33bの数として、実施形態で示した以外の任意の数を採用してもよいことはもちろんである。また、実施形態では、スロット3b、33bや、永久磁石4a、34a、コア5b、35bを等間隔に配置しているが、不等間隔に配置してもよい。さらに、実施形態では、電機子磁極が4個、磁石磁極が8個、コア5a、35bが6個であるが、これらの数の比が1:m:(1+m)/2(m≠1.0)を満たすものであれば、電機子磁極、磁石磁極およびコア5a、35bの数として、任意の数を採用可能である。また、実施形態では、第1回転位置センサ21や、第2回転位置センサ22、位置センサ41は、電磁誘導式のものであるが、光学式のものでもよい。さらに、実施形態では、本発明における制御手段として、ECU16を用いているが、マイクロコンピュータと電気回路を組み合わせたものを用いてもよい。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。   Furthermore, as a number of slots 3b and 33b, it is needless to say that any number other than that shown in the embodiment may be adopted. In the embodiment, the slots 3b and 33b, the permanent magnets 4a and 34a, and the cores 5b and 35b are arranged at equal intervals, but may be arranged at unequal intervals. Furthermore, in the embodiment, there are four armature magnetic poles, eight magnet magnetic poles, and six cores 5a and 35b, but the ratio of these numbers is 1: m: (1 + m) / 2 (m ≠ 1. Any number can be adopted as the number of armature magnetic poles, magnet magnetic poles, and cores 5a and 35b as long as 0) is satisfied. In the embodiment, the first rotational position sensor 21, the second rotational position sensor 22, and the position sensor 41 are electromagnetic induction types, but may be optical types. Furthermore, in the embodiment, the ECU 16 is used as the control means in the present invention, but a combination of a microcomputer and an electric circuit may be used. In addition, it is possible to appropriately change the detailed configuration within the scope of the gist of the present invention.

本発明の第1実施形態による電動機を概略的に示す断面図である。1 is a cross-sectional view schematically showing an electric motor according to a first embodiment of the present invention. 図1の電動機やECUを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the electric motor and ECU of FIG. 図1の電動機のステータ、第1および第2のロータを周方向に展開し、概略的に示す図である。It is a figure which expand | deploys the stator of the electric motor of FIG. 1, and the 1st and 2nd rotor in the circumferential direction, and is shown schematically. 図1の電動機における磁界電気角速度、第1および第2のロータ電気角速度の関係の一例を示す共線図である。FIG. 3 is a collinear diagram illustrating an example of a relationship between a magnetic field electrical angular velocity and first and second rotor electrical angular velocities in the electric motor of FIG. 1. 図1の電動機の第1ロータを固定した状態で、ステータに電力を供給した場合における動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement at the time of supplying electric power to a stator in the state which fixed the 1st rotor of the electric motor of FIG. 図5の続きの動作を説明するための図である。FIG. 6 is a diagram for explaining an operation subsequent to FIG. 5. 図6の続きの動作を説明するための図である。FIG. 7 is a diagram for explaining an operation subsequent to FIG. 6. 図5に示す状態から、電機子磁極が電気角2πだけ回転したときにおける電機子磁極やコアの位置関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the positional relationship of an armature magnetic pole and a core when an armature magnetic pole rotates only 2 electrical angle from the state shown in FIG. 図1の電動機の第2ロータを固定した状態で、ステータに電力を供給した場合における動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating operation | movement at the time of supplying electric power to a stator in the state which fixed the 2nd rotor of the electric motor of FIG. 図9の続きの動作を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining an operation subsequent to FIG. 9. 図10の続きの動作を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the operation | movement following FIG. 本発明の電動機の第1ロータを固定した場合におけるU相〜W相の逆起電圧の推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of transition of the back electromotive force of a U phase-W phase at the time of fixing the 1st rotor of the electric motor of this invention. 本発明の電動機の第1ロータを固定した場合における駆動用等価トルク、第1および第2のロータ伝達トルクの推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of transition of the driving equivalent torque and the 1st and 2nd rotor transmission torque when the 1st rotor of the electric motor of this invention is fixed. 本発明の電動機の第2ロータを固定した場合におけるU相〜W相の逆起電圧の推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of transition of the back electromotive force voltage of the U phase-W phase at the time of fixing the 2nd rotor of the electric motor of this invention. 本発明の電動機の第2ロータを固定した場合における駆動用等価トルク、第1および第2のロータ伝達トルクの推移の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of transition of the driving equivalent torque and the 1st and 2nd rotor transmission torque at the time of fixing the 2nd rotor of the electric motor of this invention. 本発明の第2実施形態による電動機などを概略的に示す正面図である。It is a front view which shows roughly the electric motor etc. by 2nd Embodiment of this invention. 図16の電動機の一部を概略的に示す平面図である。FIG. 17 is a plan view schematically showing a part of the electric motor of FIG. 16. 図16の電動機における電機子磁極、コアおよび磁石磁極の数の関係を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the relationship of the number of armature magnetic poles, cores, and magnet magnetic poles in the electric motor of FIG. 本発明の電動機の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the electric motor of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 電動機
3 ステータ(第2構造体)
3a 鉄芯(電機子)
3c U相コイル(電機子)
3d V相コイル(電機子)
3e W相コイル(電機子)
4 第1ロータ(第1構造体)
4a 永久磁石(磁極)
5 第2ロータ(第3構造体)
5a コア(軟磁性体)
6 第1回転軸(第1構造体)
7 第2回転軸(第3構造体)
16 ECU(制御手段)
16b 電気角変換器(相対位置関係検出手段)
21 第1回転位置センサ(相対位置関係検出手段)
22 第2回転位置センサ(相対位置関係検出手段)
31 電動機
33 第1ステータ(第2構造体)
33a 鉄芯(電機子)
33c U相コイル(電機子)
33d V相コイル(電機子)
33e W相コイル(電機子)
34 第2ステータ(第1構造体)
34a 永久磁石(磁極)
35 可動子(第3構造体)
35b コア(軟磁性体)
41 位置センサ(相対位置関係検出手段)
θER1 第1ロータ電気角(第1構造体の電気角度位置)
θER2 第2ロータ電気角(第3構造体の電気角度位置)
1 Electric motor 3 Stator (second structure)
3a Iron core (armature)
3c U-phase coil (armature)
3d V-phase coil (armature)
3e W phase coil (armature)
4 1st rotor (1st structure)
4a Permanent magnet (magnetic pole)
5 Second rotor (third structure)
5a Core (soft magnetic material)
6 First rotating shaft (first structure)
7 Second axis of rotation (third structure)
16 ECU (control means)
16b Electrical angle converter (relative positional relationship detection means)
21 1st rotation position sensor (relative positional relationship detection means)
22 Second rotational position sensor (relative positional relationship detection means)
31 Electric motor 33 First stator (second structure)
33a Iron core (armature)
33c U-phase coil (armature)
33d V-phase coil (armature)
33e W phase coil (armature)
34 Second stator (first structure)
34a Permanent magnet (magnetic pole)
35 Mover (third structure)
35b Core (soft magnetic material)
41 Position sensor (relative positional relationship detection means)
θER1 First rotor electrical angle (electrical angle position of first structure)
θER2 Second rotor electrical angle (electrical angular position of the third structure)

Claims (6)

所定方向に並んだ所定の複数の磁極で構成され、隣り合う各2つの前記磁極が互いに異なる極性を有するように配置された磁極列を有する第1構造体と、
前記所定方向に並んだ複数の電機子で構成されるとともに、前記磁極列に対向するように配置され、電力の供給に伴って前記複数の電機子に発生する所定の複数の電機子磁極により、前記所定方向に移動する移動磁界を前記磁極列との間に発生させる電機子列を有する第2構造体と、
互いに間隔を隔てて前記所定方向に並んだ所定の複数の軟磁性体で構成され、前記磁極列と前記電機子列の間に位置するように配置された軟磁性体列を有する第3構造体と、を備え、
前記所定方向に沿う所定の区間における前記電機子磁極の数と前記磁極の数と前記軟磁性体の数との比が、1:m:(1+m)/2(m≠1.0)に設定されていることを特徴とする電動機。
A first structure having a magnetic pole array composed of a plurality of predetermined magnetic poles arranged in a predetermined direction, and arranged so that each of the two adjacent magnetic poles have different polarities from each other;
With a plurality of armatures arranged in the predetermined direction, arranged to face the magnetic pole row, and with a plurality of predetermined armature magnetic poles generated in the plurality of armatures as power is supplied, A second structure having an armature array that generates a moving magnetic field that moves in the predetermined direction with the magnetic pole array;
A third structure including a plurality of predetermined soft magnetic bodies arranged in the predetermined direction and spaced apart from each other, and having a soft magnetic array arranged to be positioned between the magnetic pole array and the armature array And comprising
A ratio of the number of the armature magnetic poles, the number of the magnetic poles, and the number of the soft magnetic bodies in a predetermined section along the predetermined direction is set to 1: m: (1 + m) / 2 (m ≠ 1.0). An electric motor characterized by being made.
前記第1〜第3の構造体の相対的な位置関係を検出する相対位置関係検出手段と、
当該検出された第1〜第3の構造体の相対的な位置関係に基づいて、前記移動磁界を制御する制御手段と、
をさらに備えることを特徴とする、請求項1に記載の電動機。
A relative positional relationship detecting means for detecting a relative positional relationship between the first to third structures;
Control means for controlling the moving magnetic field based on the relative positional relationship of the detected first to third structures;
The electric motor according to claim 1, further comprising:
前記相対位置関係検出手段は、前記第1〜第3の構造体の相対的な位置関係として、前記第2構造体に対する前記第1構造体および第3構造体の電気角度位置をそれぞれ検出し、
前記制御手段は、前記検出された第3構造体の電気角度位置に(1+m)を乗算した値と、前記検出された第1構造体の電気角度位置にmを乗算した値との差に基づいて、前記移動磁界を制御することを特徴とする、請求項2に記載の電動機。
The relative positional relationship detection means detects the electrical angular position of the first structure and the third structure with respect to the second structure as the relative positional relationship of the first to third structures,
The control means is based on a difference between a value obtained by multiplying the detected electrical angle position of the third structure by (1 + m) and a value obtained by multiplying the detected electrical angle position of the first structure by m. The electric motor according to claim 2, wherein the moving magnetic field is controlled.
前記磁極は永久磁石の磁極であることを特徴とする、請求項1ないし3のいずれかに記載の電動機。   The electric motor according to claim 1, wherein the magnetic pole is a magnetic pole of a permanent magnet. 前記電動機は回転機であることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の電動機。   The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is a rotating machine. 前記電動機はリニアモータであることを特徴とする、請求項1ないし4のいずれかに記載の電動機。   The electric motor according to claim 1, wherein the electric motor is a linear motor.
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